Kompleksitas Tata Letak PCB

Dalam lanskap desain saat ini, perancang harus menguasai tata letak papan, seperti halnya insinyur yang menguasai sirkuit. Salah satu cara perancang papan dapat menunjukkan penguasaan tersebut adalah melalui teknik penempatan dan perutean berkualitas yang diperoleh dari membaca dan memahami lembar data pabrikan dan catatan aplikasi.

Peran Desainer yang Berubah

Di masa lalu, para desainer menggunakan lembar data untuk informasi gerbang dan footprint dan sedikit yang lain, jarang membaca catatan aplikasi. Mereka mengandalkan para insinyur untuk menjelaskan komponen dan/atau sirkuit dan untuk meminta perhatian pada setiap penempatan atau perutean yang penting.

Namun saat ini, peran perancang menjadi lebih penting karena meningkatnya kompleksitas sinyal, struktur lapisan, bahan papan yang berubah-ubah, dan berbagai masalah manufaktur. Perancang harus mengetahui bagaimana sinyal dapat bereaksi pada papan tertentu dan bagaimana cara mengendalikannya. Mereka harus memahami bagaimana satu masalah yang tampaknya tidak penting dapat memengaruhi masalah desain lainnya di papan - semua item yang mungkin tidak sepenuhnya diketahui atau dipahami oleh insinyur sirkuit.

Evolusi Informasi Produsen

Informasi produsen berubah seperti halnya kebutuhan desainer berubah. Informasi yang disertakan saat ini tidak diperlukan, atau tidak tersedia beberapa tahun yang lalu. Informasi ini mencakup waktu naik dan turunnya sinyal, informasi sumber dan beban pin, impedansi impedansi dalam listrik, ukuran dalam ohm sejauh mana sirkuit listrik menahan aliran arus listrik ketika tegangan diberikan pada terminalnya, masalah, wawasan penempatan, masalah RoHS, informasi perakitan, dan banyak lagi.

Mengetahui waktu naik dan turunnya komponen jauh lebih penting sekarang karena waktu sinyal jauh lebih cepat, dan dibutuhkan lebih banyak pengetahuan dan upaya desain untuk merutekan sinyal dengan benar. Kita tidak dapat mengandalkan kecepatan clock untuk memberi tahu apa yang perlu kita ketahui. Mengikuti kelas desain berkecepatan tinggi akan menjelaskan mengapa kontrol diperlukan, bahkan pada board dengan kecepatan clock yang lambat. Sayangnya, informasi ini tidak selalu tercantum dalam lembar data pabrikan atau catatan aplikasi, meskipun ini adalah tempat pertama untuk mencarinya.

Pentingnya Penetapan Pin dan Perutean Sinyal

Bagaimana seorang desainer dapat menempatkan komponen jika mereka tidak tahu komponen apa yang dapat menghasilkan sinyal? Bagaimana mereka dapat merutekan papan jika mereka tidak tahu apakah sinyal memerlukan teknik perutean yang kritis atau rintisan?

Stub digunakan untuk berbagai tujuan. Sebagai contoh, sebuah stub dapat dipasang di mesin klien dan rekannya dipasang di server, di mana keduanya diperlukan untuk menyelesaikan beberapa protokol, kontrol panjang prosedur jarak jauh pada papan khusus mereka. Penetapan pin yang ditemukan pada lembar data harus dimasukkan ke dalam bagian pustaka dan didefinisikan sebagai sumber atau beban (output atau input) sementara juga mendefinisikan fungsi sinyal sebagai bus, jam, aktifkan, baca / tulis, dll.

Hal ini memberikan akses ke informasi yang dibutuhkan selama proses tata letak dan ECO. Papan "lambat" lebih memaafkan teknik penempatan dan perutean yang buruk, tetapi karena semua komponen yang diproduksi semakin cepat, adalah ide yang baik untuk mendesain papan dengan mempertimbangkan pertimbangan ini, meskipun tidak relevan saat ini, karena perbaikan papan di kemudian hari akan selalu menggunakan komponen yang lebih cepat.

Spesifikasi Impedansi dan Pencocokan Panjang Bus

Lembar data pabrikan terkadang menyertakan spesifikasi impedansi yang diperlukan untuk bus atau sinyal. Informasi ini sangat penting untuk integritas sinyal dan harus diikuti dan dimasukkan ke dalam desain papan semaksimal mungkin. Metode yang digunakan untuk mendapatkan impedansi tersebut tidak terlalu penting dibandingkan dengan persyaratan yang harus dipenuhi.

Jadi, jika informasi pabrikan menentukan lebar jejak, ketebalan, jarak, dll. tertentu, maka harus ditentukan apakah persyaratan tersebut dapat diimplementasikan pada papan. Sering kali tidak, dan perancang perlu menghitung cara memenuhi impedansi yang diperlukan dengan menggunakan metode lain.

Informasi pencocokan panjang bus juga dapat disertakan dalam catatan aplikasi. Kemiringan panjang yang diijinkan (atau perbedaan waktu kedatangan antara sinyal) ditentukan oleh bagian penerima di bus dan biasanya 20 hingga 60 psec, yang setara dengan sekitar 0,100 hingga 0,300 inci.

Jadi sekali lagi, informasi pada lembar data harus dipertimbangkan dengan cermat untuk keakuratannya jika memberikan toleransi yang terlalu tinggi, yaitu +/- 0,050 inci. Desainer sebaiknya memilih informasi yang dinyatakan dalam waktu dibandingkan dengan panjang karena sinyal bergerak lebih cepat pada lapisan luar papan daripada lapisan dalam.

Pertimbangan untuk Penempatan dan Rute

Penempatan dan perutean komponen hanya berdasarkan informasi yang diberikan oleh produsen menyebabkan beberapa kontroversi tetapi masih layak dipertimbangkan. Meskipun informasi tersebut mungkin tidak mempertimbangkan semua masalah spesifik pada papan tertentu, perancang harus membaca dan memahami data teknis pabrikan untuk memahami persyaratan komponen. Jika informasi tersebut tampaknya tidak valid untuk desain tertentu, diskusi dengan perancang sirkuit, manufaktur, atau orang yang menguji dan memperbaiki mungkin diperlukan.

Memasukkan Masalah Manufaktur Baru

Perancang juga harus memasukkan masalah manufaktur baru, termasuk informasi kepatuhan RoHS, ke dalam komponen dan tata letak papan. Masalah ini dapat mencakup, tetapi tidak terbatas pada, jenis atau ukuran masker solder yang diperlukan, jenis pasta solder atau ketebalan stensil, tekanan alat pembersih yg terbuat dr karet, ukuran dan bentuk bukaan pasta, spesifikasi stensil bertahap, informasi pembersihan, siklus termal, dan informasi penyolderan gelombang dan reflow.

Kesimpulan

Desainer harus membaca dan belajar menggabungkan data teknis dan persyaratan desain yang menyertainya untuk menjadi ahli tata letak papan yang dibutuhkan saat ini. Apakah desain baru itu rumit, terbuka lebar, atau lambat atau cepat, integritas sinyal dan EMI (RFI) dari chip dan perangkat elektronik lainnya. Batas yang diperbolehkan diatur oleh FCC. (dan dengan demikian kinerja papan) dapat dipengaruhi oleh bagaimana komponen ditempatkan dan jejak dirutekan. Sangatlah penting bagi perancang untuk memahami informasi yang diberikan oleh produsen dan memasukkan data yang berlaku ke dalam tata letak papan mereka.