Złożoność układu PCB

We współczesnym krajobrazie projektowym to projektant musi być mistrzem układu płytki, tak jak inżynier jest mistrzem obwodów. Jednym ze sposobów, w jaki projektant płytki może wykazać to mistrzostwo, jest jakość rozmieszczenia i technik prowadzenia, zaczerpniętych z czytania i rozumienia arkuszy danych producenta i not aplikacyjnych.

Zmieniająca się rola projektanta

W przeszłości projektanci używali arkuszy danych do informacji o bramkach i obrysach, a rzadko czytali noty aplikacyjne. Polegali na inżynierach, którzy wyjaśniali komponenty i/lub obwody oraz zwracali uwagę na wszelkie krytyczne aspekty rozmieszczenia lub prowadzenia.

Ale dzisiaj rola projektanta jest ważniejsza ze względu na rosnącą złożoność sygnałów, struktur warstw, zmieniające się materiały płytek i różnorodne problemy produkcyjne. Projektanci muszą wiedzieć, jak sygnały mogą reagować na konkretnej płytce i jak je kontrolować. Muszą rozumieć, jak jeden pozornie nieistotny problem może wpływać na inne kwestie projektowe na płytce – wszystkie elementy, których inżynier obwodów może nie znać w pełni lub nie rozumieć.

Ewolucja informacji od producenta

Informacje od producenta zmieniają się tak samo, jak potrzeby projektantów. Dziś uwzględniane są informacje, które nie były konieczne lub niedostępne jeszcze kilka lat temu. Informacje te obejmują czas narastania i opadania sygnału, informacje o źródle i obciążeniu pinów, impedancję impedancja w elektryczności, mierzona w omach stopień, w jakim obwód elektryczny stawia opór przepływowi prądu elektrycznego, gdy napięcie jest przykładane do jego zacisków, problemy, spostrzeżenia dotyczące rozmieszczenia, problemy RoHS, informacje o montażu i inne.

Znajomość czasu narastania i opadania komponentów jest teraz o wiele bardziej krytyczna, ponieważ czasy sygnałów są znacznie szybsze i wymaga znacznie większej wiedzy i wysiłku projektowego, aby poprawnie prowadzić sygnały. Nie możemy polegać na częstotliwości zegara, aby powiedzieć nam, co musimy wiedzieć. Uczestnictwo w zajęciach z projektowania wysokich prędkości wyjaśni, dlaczego kontrola jest konieczna, nawet na płytce o niskiej częstotliwości zegara. Niestety, informacje te nie zawsze są wymienione w arkuszach danych producenta lub notach aplikacyjnych, chociaż byłoby to pierwsze miejsce, w którym należy ich szukać.

Znaczenie przypisania pinów i prowadzenia sygnałów

Jak projektant może umieścić komponenty, jeśli nie wie, który komponent może generować sygnał? Jak mogą poprowadzić płytkę, jeśli nie wiedzą, czy sygnał wymaga krytycznych technik prowadzenia lub odgałęzienia?

Odgałęzienia są używane do różnych celów. Na przykład, odgałęzienie może być zainstalowane w maszynie klienckiej, a odpowiednik zainstalowany na serwerze, gdzie oba są wymagane do rozwiązania pewnego protokołu, zdalnej kontroli długości procedury na ich konkretnej płytce. Przypisanie pinów znalezione w arkuszach danych powinno być włączone do części bibliotecznych i zdefiniowane jako źródło lub obciążenie (wyjście lub wejście), a także zdefiniowanie funkcji sygnału jako magistrala, zegar, włączenie, odczyt/zapis itp.

Daje to dostęp do informacji potrzebnych podczas procesów układu i ECO. „Wolne” płytki są bardziej wyrozumiałe dla słabych technik rozmieszczenia i prowadzenia, ale ponieważ wszystkie produkowane części stają się szybsze, dobrym pomysłem jest projektowanie płytek z uwzględnieniem tych kwestii, nawet jeśli są one dziś nieistotne, ponieważ wszelkie późniejsze naprawy płytki niezmiennie będą wykorzystywać szybsze części.

Specyfikacje impedancji i dopasowanie długości magistrali

Arkusze danych producenta czasami zawierają specyfikacje impedancji potrzebne dla magistrali lub sygnałów. Informacje te są niezwykle ważne dla integralności sygnału i powinny być przestrzegane i włączane do projektu płytki tak ściśle, jak to możliwe. Metoda użyta do uzyskania tej impedancji jest mniej ważna niż spełnienie wymagania.

Tak więc, jeśli informacje producenta określają konkretną szerokość ścieżki, grubość, odstępy itp., należy ustalić, czy wymagania mogą być wdrożone na płytce. Często tak nie będzie, a projektant będzie musiał obliczyć, jak spełnić wymagania dotyczące impedancji za pomocą innych metod.

Informacje o dopasowaniu długości magistrali mogą być również zawarte w notach aplikacyjnych. Dopuszczalne odchylenie długości (lub różnica czasu nadejścia między sygnałami) jest określana przez część odbierającą na magistrali i wynosi zazwyczaj od 20 do 60 psec, co odpowiada około 0,100 do 0,300 cala.

Tak więc, ponownie, informacje na karcie katalogowej powinny być dokładnie rozważone pod kątem dokładności, jeśli dają arbitralnie wysoką tolerancję +/- 0,050 cala. Projektanci powinni preferować informacje wyrażone w czasie, a nie w długości, ponieważ sygnały poruszają się szybciej na zewnętrznych warstwach płytki niż na warstwach wewnętrznych.

Rozważania dotyczące rozmieszczenia i prowadzenia

Rozmieszczenie i prowadzenie części oparte wyłącznie na informacjach podanych przez producenta budzi pewne kontrowersje, ale nadal jest warte rozważenia. Chociaż informacje mogą nie uwzględniać wszystkich konkretnych problemów na konkretnej płytce, projektant powinien przeczytać i zrozumieć dane techniczne producenta, aby zrozumieć wymagania części. Jeśli informacje nie wydają się ważne dla konkretnego projektu, dyskusja z projektantem obwodów, produkcją lub osobami zajmującymi się testowaniem i naprawami może być na miejscu.

Uwzględnianie nowych problemów produkcyjnych

Projektant musi również uwzględnić nowe problemy produkcyjne, w tym informacje o zgodności z RoHS, w częściach i układzie płytki. Problemy te mogą obejmować, ale nie ograniczać się do, wymagany typ lub rozmiar maski lutowniczej, typ pasty lutowniczej lub grubość szablonu, ciśnienie rakli, rozmiar i kształt otwarcia pasty, specyfikacje szablonu krokowego, informacje o czyszczeniu, cykle termiczne oraz informacje o lutowaniu falowym i rozpływowym.

Wnioski

Projektanci muszą czytać i uczyć się, jak włączać dane techniczne i towarzyszące im wymagania projektowe, aby stać się mistrzami układu płytki potrzebnymi dzisiaj. Niezależnie od tego, czy nowy projekt jest złożony, szeroko otwarty, wolny czy szybki, integralność sygnału i EMI (RFI) z chipów i innych urządzeń elektronicznych. Dopuszczalne limity są regulowane przez FCC. (a tym samym wydajność płytki) może zależeć od sposobu rozmieszczenia komponentów i prowadzenia ścieżek. Niezwykle ważne jest, aby projektant rozumiał informacje dostarczone przez producenta i włączał wszelkie odpowiednie dane do układu płytki.