La complessità del layout PCB

Nel panorama progettuale odierno, spetta al progettista essere il maestro del layout della scheda, proprio come l'ingegnere è il maestro della circuiteria. Uno dei modi in cui un progettista di schede può dimostrare tale maestria è attraverso tecniche di posizionamento e routing di qualità, ricavate dalla lettura e dalla comprensione delle schede tecniche e delle note applicative del produttore.

Il ruolo mutevole del progettista

In passato, i progettisti utilizzavano le schede tecniche per le informazioni sui gate e sull'impronta e poco altro, raramente leggendo le note applicative. Si affidavano agli ingegneri per spiegare i componenti e/o la circuiteria e per richiamare l'attenzione su qualsiasi criticità di posizionamento o routing.

Ma oggi, il ruolo del progettista è più importante a causa della crescente complessità dei segnali, delle strutture a strati, dei materiali mutevoli della scheda e di una varietà di problemi di produzione. I progettisti devono sapere come i segnali potrebbero reagire su una particolare scheda e come controllarli. Devono capire come un problema apparentemente insignificante potrebbe influenzare altri problemi di progettazione sulla scheda – tutti elementi che l'ingegnere del circuito potrebbe non conoscere o comprendere appieno.

L'evoluzione delle informazioni del produttore

Le informazioni del produttore stanno cambiando proprio come stanno cambiando le esigenze dei progettisti. Oggi sono incluse informazioni che non erano necessarie, o non erano disponibili solo pochi anni fa. Queste informazioni includono il tempo di salita e discesa del segnale, le informazioni sulla sorgente e sul carico dei pin, l'impedenza impedenza in elettricità, la misura in ohm del grado in cui un circuito elettrico resiste al flusso di corrente elettrica quando una tensione viene impressa ai suoi terminali, problemi, approfondimenti sul posizionamento, problemi RoHS, informazioni sull'assemblaggio e altro ancora.

Conoscere il tempo di salita e discesa dei componenti è molto più critico ora perché i tempi del segnale sono molto più veloci e ci vuole molta più conoscenza e impegno di progettazione per instradare correttamente i segnali. Non possiamo fare affidamento sulla velocità di clock per dirci cosa dobbiamo sapere. Partecipare a qualsiasi corso di progettazione ad alta velocità spiegherà perché il controllo è necessario, anche su una scheda a bassa velocità di clock. Sfortunatamente, queste informazioni non sono sempre elencate nelle schede tecniche o nelle note applicative del produttore, anche se questo sarebbe il primo posto dove cercarle.

L'importanza dell'assegnazione dei pin e del routing del segnale

Come può un progettista posizionare i componenti se non sa quale componente può originare un segnale? Come può instradare una scheda se non sa se il segnale richiede tecniche di routing critiche o stub?

Gli stub sono utilizzati per una varietà di scopi. Ad esempio, uno stub potrebbe essere installato in una macchina client e una controparte installata in un server, dove entrambi sono necessari per risolvere un protocollo, il controllo della lunghezza della procedura remota sulla loro particolare scheda. L'assegnazione dei pin che si trova nelle schede tecniche deve essere incorporata nelle parti della libreria e definita come sorgente o carico (uscita o ingresso), definendo anche la funzione di un segnale come bus, clock, abilitazione, lettura/scrittura, ecc.

Questo dà accesso alle informazioni necessarie durante i processi di layout e ECO. Le schede "lente" perdonano di più le cattive tecniche di posizionamento e routing, ma poiché tutte le parti fabbricate stanno diventando più veloci, è una buona idea progettare le schede tenendo presenti queste considerazioni, anche se oggi sono irrilevanti, poiché qualsiasi riparazione successiva alla scheda utilizzerà invariabilmente parti più veloci.

Specifiche di impedenza e corrispondenza della lunghezza del bus

Le schede tecniche del produttore a volte includono le specifiche di impedenza necessarie per un bus o segnali. Queste informazioni sono estremamente importanti per l'integrità del segnale e devono essere seguite e incorporate nella progettazione della scheda il più fedelmente possibile. Il metodo utilizzato per ottenere tale impedenza è meno importante del fatto che il requisito sia soddisfatto.

Quindi, se le informazioni del produttore specificano una particolare larghezza della traccia, spessore, spaziatura, ecc., si dovrebbe determinare se i requisiti possono essere implementati sulla scheda. Spesso, non sarà così, e il progettista dovrà calcolare come soddisfare l'impedenza richiesta utilizzando altri metodi.

Le informazioni sulla corrispondenza della lunghezza del bus possono anche essere incluse nelle note applicative. Lo skew di lunghezza ammissibile (o la differenza di tempo di arrivo tra i segnali) è determinato dalla parte ricevente sul bus ed è tipicamente da 20 a 60 psec, che equivale a circa 0,100 a 0,300 pollici.

Quindi, ancora una volta, le informazioni sulla scheda tecnica dovrebbero essere attentamente considerate per l'accuratezza se danno una tolleranza arbitrariamente alta di +/- .050 pollici. I progettisti dovrebbero preferire le informazioni espresse nel tempo rispetto alla lunghezza perché i segnali viaggiano più velocemente sugli strati esterni della scheda rispetto agli strati interni.

Considerazioni per il posizionamento e il routing

Il posizionamento e il routing delle parti basati esclusivamente sulle informazioni fornite dal produttore causano alcune controversie, ma sono comunque degni di considerazione. Mentre le informazioni potrebbero non tenere conto di tutti i problemi specifici su una particolare scheda, il progettista dovrebbe leggere e comprendere i dati tecnici del produttore per comprendere i requisiti della parte. Se le informazioni non sembrano valide per un particolare progetto, una discussione con il progettista del circuito, la produzione o le persone addette ai test e alle riparazioni potrebbe essere in ordine.

Incorporare nuovi problemi di produzione

Il progettista deve anche incorporare nuovi problemi di produzione, comprese le informazioni sulla conformità RoHS, nelle parti e nel layout della scheda. Questi problemi possono includere, ma non sono limitati a, il tipo o la dimensione della maschera di saldatura richiesta, il tipo di pasta saldante o lo spessore dello stencil, la pressione del tergipavimento, la dimensione e la forma dell'apertura della pasta, le specifiche dello step-stencil, le informazioni sulla pulizia, i cicli termici e le informazioni sulla saldatura a onda e a riflusso.

Conclusione

I progettisti devono leggere e imparare a incorporare i dati tecnici e i requisiti di progettazione di accompagnamento per diventare i maestri del layout della scheda necessari oggi. Che un nuovo progetto sia complesso, ampio, lento o veloce, l'integrità del segnale e l'EMI (RFI) da chip e altri dispositivi elettronici. I limiti ammissibili sono regolati dalla FCC. (e quindi le prestazioni della scheda) possono essere influenzati da come i componenti sono posizionati e le tracce instradate. È di vitale importanza che il progettista comprenda le informazioni fornite dal produttore e incorpori tutti i dati applicabili nel layout della propria scheda.