Il PCB (Printed Circuit Board) è un elemento fondamentale nei prodotti elettronici, in quanto viene applicato in quasi tutti i dispositivi di diversi settori, dai piccoli ai grandi, dai computer e le telecomunicazioni fino all’hardware militare. In parole povere, il PCB svolge un ruolo significativo nell’implementazione delle funzioni dei prodotti elettronici.
Tuttavia, progettare un circuito stampato non è mai un compito facile e molte correlazioni, tra strati, componenti o circuiti, devono essere gestite correttamente. Un progetto mal concepito potrà probabilmente causare guasti o persino catastrofi quando sarà in funzione all’interno di un sistema elettronico. Nonostante la difficoltà intrinseca della progettazione PCB, alcuni problemi che si verificano comunemente possono essere riassunti, in modo che tutti i progettisti PCB possano esserne consapevoli in anticipo e imparare a gestirli prima della fase di fabbricazione del PCB.
NOTA: Questo articolo discute i problemi e le soluzioni di progettazione PCB basati sulla partecipazione diSoftware Altium Designer.
Problemi di progettazione PCB sullo schema
Problema n. 1: Secondo il rapporto ERC, non c’è alcun segnale di accesso sui pin.
Analisi:
a. L'I/O dovrebbe essere definito sui pin durante la creazione del package;
b. Durante il posizionamento o l’installazione dei componenti, l’attributo di non conformità può essere modificato in modo che i pin e le linee rimangano liberi;
c. Durante l'installazione dei componenti, il perno è soggetto a una direzione inversa.
Problema n. 2: I componenti vanno oltre la carta.
Analisi:I file non vengono creati al centro del foglio della libreria di componenti.
Problema n. 3: Il netlist del file di progettazione creato può accedere solo parzialmente al PCB.
Analisi:L’elemento “global” non viene rilevato durante la generazione della netlist.
Problema n. 4: impossibile ruotare i componenti.
Analisi:Il metodo di input dovrebbe essere cambiato.
Problemi di progettazione PCB su PCB
Problema n. 1: Nel processo di caricamento della rete, il nodo di report non si verifica.
Analisi:
a. I componenti nello schema potrebbero sfruttare un package che non è disponibile nella libreria dei componenti;
b. I componenti nello schema utilizzano package incompatibili con quelli usati nella libreria dei componenti;
Problema n. 2: il report DRC della rete è suddiviso in un paio di sezioni.
Analisi:Questo problema dimostra che questa rete non è connessa e che CONNECTED COPPER può essere utilizzato per scorrere il file.
Problema n. 3: Nel processo di funzionamento, il blue screen dovrebbe essere utilizzato il meno possibile.
Analisi:I file possono essere esportati più volte per generare un nuovo file DDR in modo da ridurre le dimensioni del file. L’instradamento automatico non è consigliato quando si progetta un PCB complesso.
Il routing è una fase piuttosto significativa nella progettazione PCB e tutti i passaggi che la precedono ne costituiscono la preparazione. Quando si tratta di progettazione PCB, il routing richiede il maggior numero di requisiti. Il routing PCB può essere classificato in routing a singola faccia, a doppia faccia e multistrato. Sono disponibili due metodi di routing: routing automatico e routing interattivo. Prima del routing automatico, il routing interattivo può essere utilizzato in anticipo per sistemi relativamente complessi. Le linee ai terminali di ingresso e di uscita dovrebbero evitare di essere parallele tra loro, in modo da non generare interferenze RF. Le linee di massa dovrebbero essere aggiunte quando necessario e il routing su due strati adiacenti dovrebbe essere disposto in modo perpendicolare. Le linee parallele tendono a generare accoppiamento parassita. Il tasso di successo del routing automatico dipende da un layout ben studiato e le regole di routing possono essere impostate in anticipo. In generale, si può innanzitutto eseguire un routing esplorativo e il percorso di routing dovrebbe essere ottimizzato nel suo complesso. Le linee instradate verranno quindi bloccate e verrà eseguito un rerouting per migliorare l’effetto complessivo. Per quanto riguarda la progettazione di PCB ad alta densità di componenti, i soli fori passanti difficilmente sono sufficienti, con molti canali di instradamento sprecati. Pertanto,cieco e sepolto tramiteLa tecnologia è stata creata. Non solo funzionano come i fori passanti, ma fanno anche risparmiare molti canali di instradamento. Di conseguenza, l’instradamento può essere più semplice, più fluido e migliore.
Problemi di progettazione PCB relativi alle interferenze e loro soluzioni
Le interferenze si verificano sempre nelle apparecchiature elettroniche durante il processo di debug e di applicazione e derivano da numerose cause. Tra tutte le cause, un instradamento irrazionale e un posizionamento improprio dei componenti generano la maggior parte delle interferenze, oltre a quelle dovute all’ambiente. Le interferenze possono portare le apparecchiature elettriche a non funzionare correttamente o persino a guastarsi. Pertanto, le possibili interferenze dovrebbero essere limitate già nella fase di progettazione del PCB.
Problema n. 1: Generazione e controllo delle interferenze di linea di terra.
Analisi e soluzioni:
Se le linee di massa indicano un potenziale zero, anche la differenza di potenziale relativa di ciascun punto di messa a terra in tutto il circuito dovrebbe essere pari a zero. Tuttavia, è quasi impossibile garantire che la differenza di potenziale sia assolutamente zero e una piccola differenza di potenziale potrebbe generare segnali di interferenza che, dopo essere stati amplificati dal circuito di amplificazione, influenzano il normale funzionamento dell’intero circuito.
Per limitare le interferenze, è possibile utilizzare i seguenti metodi: a. devono essere seguite correttamente le linee guida per la messa a terra; b. le linee di massa digitali devono essere separate da quelle analogiche; c. le linee di massa devono essere ispessite il più possibile; d. la messa a terra deve essere schermata il più possibile.
Problema n. 2: Interferenza e limitazione del potere.
Analisi e soluzioni:Le interferenze di alimentazione potrebbero derivare da una progettazione schematica, un instradamento o un layout irrazionali. Pertanto, l’anello AC-DC non può essere collegato tra loro durante il routing e le linee di massa non dovrebbero correre in parallelo con l’anello principale. Inoltre, le linee di alimentazione e le linee di segnale non dovrebbero essere troppo vicine tra loro e non devono mai essere parallele. Quando necessario, è possibile aggiungere filtri tra il terminale di uscita dell’alimentazione e l’apparecchio.
Problema n. 3: EMI (Interferenza Elettromagnetica) e il suo contenimento.
Poiché i componenti sono disposti in modo denso, se viene adottata una progettazione irrazionale, si genereranno EMI, come l’interferenza dovuta ai parametri distribuiti e l’EMI dei componenti. Devono essere adottate misure corrispondenti per eliminare le diverse interferenze.
Analisi e soluzioni:
a. Accoppiamento parassita tra circuiti stampati. L’effetto del parametro di distribuzione tra due conduttori paralleli a breve distanza è equivalente a quello di un’induttanza e di una capacità che si accoppiano reciprocamente. I segnali scorrono attraverso un conduttore mentre segnali induttivi vengono generati dall’altro conduttore. Pertanto, durante la progettazione del PCB le linee di segnale non devono mai essere progettate in modo che siano parallele tra loro, oppure si possono utilizzare linee di schermatura per limitare i deboli segnali di interferenza e impedire l’interferenza.
b. Interferenza tra parti magnetiche. Gli altoparlanti e gli elettromagneti producono un campo magnetico costante, mentre i trasformatori ad alta tensione e i relè producono un campo magnetico alternato. Entrambi i campi magnetici generano interferenze sui componenti periferici e sulle piste di stampa, e possono essere adottate misure di contenimento corrispondenti in base alle diverse situazioni:
• Il taglio sulle linee stampate causato dalle linee magnetiche dovrebbe essere ridotto.
• Le posizioni delle due parti magnetiche devono rimanere perpendicolari tra loro lungo due diverse direzioni magnetiche per ridurre l’accoppiamento tra le due parti.
• La sorgente di interferenza dovrebbe essere dotata di schermatura magnetica e il coperchio di schermatura dovrebbe essere ben collegato a terra.
Problema n. 4: Interferenza e vincolo termico.
Analisi e soluzioni:quando gli apparecchi ad alta potenza sono in funzione, di solito raggiungono una temperatura così elevata che nel circuito sono presenti sorgenti di calore, le quali introducono interferenze nel circuito stampato. Pertanto, durante il posizionamento, i componenti sensibili alla temperatura dovrebbero essere collocati lontano dalle parti che generano caloreProgettazione del layout PCBe le fonti di calore devono essere collocate sul lato esterno della scheda verso l’aria per impedire che il calore generato venga trasferito o che si generi dissipazione termica. Se necessario, deve essere installato un foglio di dissipazione termica.
La progettazione di PCB è complessa e richiede un coordinamento preciso tra strati, componenti e circuiteria. Una progettazione scadente può causare problemi di funzionalità o guasti. Identificando i problemi di progettazione più comuni, come difetti negli schemi, inefficienze nel routing e problemi di interferenza, i progettisti possono affrontare efficacemente le criticità previste per fornire prodotti stabili e robusti.
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Risorse utili
•Come progettare PCB di alta qualità
•Le principali regole di progettazione PCB che devi conoscere
•Una linea guida dalla progettazione dello schema al PCB basata su Altium Designer
•Come sconfiggere le interferenze nella progettazione PCB
•Metodi per rafforzare la capacità anti-interferenza nella progettazione PCB
