Come fase preliminare diProcesso di produzione dei PCBIl layout PCB è una delle fasi più significative nella progettazione di PCB, poiché la sua qualità determina essenzialmente quella del routing del PCB, che a sua volta influisce sull’affidabilità e sulla funzionalità finali dei PCB. Pertanto, si può concludere che un layout PCB ragionevole spiana la strada a schede PCB di alta qualità. Un layout PCB irragionevole, invece, può portare a problemi in termini di funzionalità e affidabilità. Un layout PCB ben progettato offrirà maggiori comodità, in quanto non solo consente di risparmiare spazio sulla superficie del PCB, ma garantisce anche le prestazioni del circuito.
Il layout PCB è principalmente disponibile in due tipi: layout interattivo e layout automatico. In generale, il layout automatico costituisce l’ossatura sulla cui base verranno effettuate le regolazioni tramite il layout interattivo. Durante il layout del PCB, è possibile effettuare una redistribuzione sul circuito a porte in base alla situazione specifica del routing. Due circuiti a porte vengono scambiati, ottenendo così un layout ottimale che risulta il più favorevole possibile per il routing.
Dopo il completamento del layout del PCB, alcune informazioni possono essere etichettate sui file di progettazione del PCB o sugli schemi in modo che le informazioni o i dati relativi al PCB siano coerenti con quelli riportati negli schemi. Di conseguenza, è possibile mantenere modifiche sincrone sia nella definizione del profilo sia nella modifica del progetto del PCB. Inoltre, vengono aggiornati i dati analogici e può essere eseguita la verifica a livello di scheda sulle prestazioni elettriche e sulle funzioni.
Fondamentalmente, il layout del PCB dovrebbe conformarsi a due regole fondamentali:
1). Il layout del PCB deve garantire un'elevata qualità.
2). Il layout del PCB dovrebbe apparire ordinato e chiaro, consentendo ai componenti di essere distribuiti uniformemente sulla superficie della scheda.
Una volta che un prodotto si comporta in modo soddisfacente rispetto ai due aspetti sopra menzionati, può essere considerato perfetto.
Linea guida n. 1. Il ciclo dovrebbe essere il più breve possibile.
I loop, in particolare quelli ad alta frequenza, dovrebbero essere il più corti possibile. I loop di piccole dimensioni di solito presentano un’induttanza e una resistenza inferiori e possono contribuire a ridurre la quantità di segnale accoppiato nel nodo, proveniente da sorgenti esterne o trasmesso dal nodo stesso. L’induttanza può essere ridotta se il loop è posizionato sul piano di massa. È inoltre possibile mantenere il loop del circuito dell’amplificatore operazionale il più corto possibile per evitare che il rumore si accoppi nel circuito.
Linea guida n. 2. I via termici devono essere posizionati in modo appropriato.
Le vias trasferiscono il calore da un’estremità del PCB all’altro lato, il che è particolarmente utile quando la scheda è montata su un dissipatore di calore sul telaio. In tali condizioni, il telaio dissiperà ulteriormente il calore. Le vias di grandi dimensioni offrono prestazioni migliori rispetto alle vias piccole in termini di efficienza di dissipazione termica. Più vias funzionano in modo più efficiente di una singola via per quanto riguarda la dissipazione termica e riducono la temperatura di esercizio dei componenti. Una temperatura di esercizio più bassa porta a una maggiore affidabilità.
Linea guida n. 3. Le dimensioni e il numero di via devono essere ragionevolmente disposti.
Le vias presentano sia induttanza che resistenza. Se prevedi di instradare dal un’estremità del circuito stampato all’altra e hai bisogno di un’induttanza o resistenza relativamente bassa, puoi fare affidamento su più vias. Le vias di grandi dimensioni presentano una resistenza inferiore. Questo metodo risulta particolarmente utile quando il condensatore di filtro e il nodo ad alta corrente sono collegati a massa.
Linea guida n. 4. Prestare attenzione ai componenti sensibili al calore.
I componenti sensibili al calore devono essere posizionati lontano dai componenti che generano calore. I componenti sensibili al calore includono la termocoppia e il condensatore elettrolitico. La misurazione della temperatura potrebbe essere influenzata quando la termocoppia è posizionata vicino alla sorgente di calore. Il condensatore elettrolitico avrà una vita operativa ridotta quando è posizionato vicino a componenti che generano calore. I componenti che generano calore possono includere diodi, induttori, diodi, raddrizzatori a ponte, MOSFET e resistori, il cui calore generato dipende dalla corrente che li attraversa.
Linea guida n. 5. Il condensatore di disaccoppiamento deve essere posizionato con attenzione.
Il condensatore di disaccoppiamento dovrebbe essere posizionato vicino ai pin di alimentazione o di massa dell’IC per massimizzare l’efficienza di disaccoppiamento. Si genererà capacità parassita quando il condensatore viene collocato troppo lontano. Devono essere predisposte più vias tra i pin del condensatore e il piano di massa in modo da ridurre l’induttanza.
Linea guida n. 6. Il pad termico deve essere posizionato in modo intelligente.
L’impostazione del thermal pad mira a ridurre il più possibile la distanza tra le piste o il rame di riempimento e i pin dei componenti, il che è vantaggioso per la saldatura. Un collegamento ridotto è breve quando si tratta di riduzione della resistenza. Se non vengono applicati thermal pad sui pin dei componenti, la temperatura dei componenti sarà più bassa. È possibile ottenere un collegamento termico migliore collegando piste o rame di riempimento, il che favorisce la dissipazione del calore. Tuttavia, risulta più difficile saldare o dissaldare.
Linea guida n. 7. Le tracce digitali e di rumore devono essere tenute lontane dai circuiti analogici.
Tracce o conduttori paralleli possono portare alla generazione di capacità. I segnali tendono ad accoppiarsi sui circuiti quando le tracce sono troppo vicine tra loro, il che è particolarmente vero per frequenze relativamente alte. Le tracce ad alta frequenza e quelle di rumore dovrebbero essere lontane da quelle che non si desidera vengano disturbate dal rumore.
Linea guida n. 8. La distanza tra le piste e i fori di montaggio deve essere adeguatamente predisposta.
È necessario mantenere uno spazio sufficiente tra le piste o le aree di rame e i fori di montaggio per evitare rischi di scosse elettriche. La solder mask non è un isolante affidabile, quindi è necessario mantenere anche una distanza adeguata tra il rame e qualsiasi elemento di fissaggio.
Linea guida n. 9. Il piano di massa può essere pericoloso se gli si presta poca attenzione nel layout del PCB.
La massa non è un conduttore ideale, quindi occorre prestare attenzione quando si posiziona la massa rumorosa lontano dai segnali silenziosi. Le piste di massa devono essere sufficientemente larghe per poter trasportare la corrente che le attraversa. Posizionare un piano di massa sotto le piste di segnale può aiutare a ridurre l’impedenza delle piste, che è la condizione ideale.
Linea guida n. 10. La scheda PCB dovrebbe essere considerata come un dissipatore di calore.
È opportuno collocare più rame intorno ai componenti a montaggio superficiale in modo da fornire un’area superficiale aggiuntiva per dissipare il calore, il che rappresenta un metodo che offre una maggiore efficienza. Linee guida simili sono persino menzionate nei datasheet di alcuni componenti.
Una voltaLayout PCBè completato, prima di procedere al passaggio successivo, esamina attentamente il layout del tuo PCB seguendo i suggerimenti riportati di seguito.
1). Le dimensioni della scheda devono essere verificate per assicurarsi che siano compatibili con quelle riportate negli schemi o con i requisiti della tecnica di produzione del PCB e che siano presenti i riferimenti fiduciali.
2). Si deve garantire che i componenti non presentino conflitti nello spazio bidimensionale e tridimensionale.
3). I componenti devono essere controllati per garantire che tutti i componenti siano distribuiti in modo ordinato e uniforme.
4). I componenti che richiedono una successiva sostituzione devono essere esaminati per assicurarsi che siano accessibili per la sostituzione o la modifica.
5). È stata mantenuta una distanza sufficiente tra i componenti sensibili al calore e i componenti che generano calore.
6). I componenti regolabili devono poter essere regolati in modo pratico.
7). L'area di dissipazione termica dovrebbe includere un dissipatore di calore e garantire un flusso d'aria regolare.
8). Il flusso del segnale dovrebbe essere fluido e le interconnessioni dovrebbero essere il più corte possibile.
