In questo articolo presentiamo alcune delle regole d'oro della progettazione di PCB, che rimangono sostanzialmente invariate rispetto a 25 anni fa, quando la progettazione commerciale di circuiti stampati ha fatto la sua comparsa. Queste regole possono essere applicate in generale a qualsiasi progetto di PCB e saranno una guida utile sia per gli studenti di ingegneria elettronica che per i progettisti più esperti.
Di seguito sono elencati dieci elementi utili che i progettisti di elettronica dovrebbero considerare o mettere in pratica quando progettano circuiti stampati per la produzione commerciale utilizzando software di progettazione. Non sono elencati in ordine cronologico né è stato loro assegnato un livello di importanza specifico, ma insieme fanno una differenza significativa in qualsiasi progetto.
Regola 1: Usa la griglia giusta. Trova una griglia la cui spaziatura si adatti al numero di componenti che utilizzerai e sfrutta al massimo lo spazio disponibile. Sebbene l'idea di utilizzare più griglie possa sembrare allettante, un po' di attenzione in più nella fase iniziale di progettazione può prevenire problemi di spazio e consentirti di massimizzare il potenziale del circuito stampato. Approfitta del fatto che molti componenti sono disponibili in diverse dimensioni. Inoltre, poiché la forma poligonale è importante quando si aggiunge il rame al circuito stampato e i circuiti stampati con più griglie spesso presentano discrepanze nel modo in cui il poligono viene riempito, utilizzare più di una griglia può rendere le cose più complicate del necessario.
Regola 2: Le tracce devono essere il più corte e dirette possibile. Sembra semplice e ovvio, ma ricordate sempre questa regola, anche se ciò significa dover modificare il layout di una parte del circuito stampato per ottimizzare la lunghezza delle tracce. Questo è particolarmente vero per i circuiti analogici e digitali ad alta velocità, dove l'impedenza e gli effetti parassiti possono limitare le prestazioni del sistema.
Regola 3: Quando possibile, utilizzare un piano di massa per gestire la distribuzione delle linee e delle masse. Riempire il piano di massa è un'opzione rapida e semplice nella maggior parte dei software di progettazione di PCB. Applica una quantità sufficiente di rame alle connessioni comuni e contribuisce a garantire che l'alimentazione fluisca nel modo più efficace possibile con impedenza o caduta di tensione minime e che i ritorni di massa siano adeguati. Se possibile, instradare più linee di alimentazione nella stessa area del circuito stampato e ricordare che se il piano di massa è instradato su una sezione molto ampia di uno strato, può influire positivamente sul feedback tra le linee instradate sopra o su strati adiacenti.
Regola 4: Raggruppare i componenti correlati e i punti di test, se necessario. Ad esempio, posizionare i componenti discreti necessari per un amplificatore operazionale vicino al dispositivo, in modo che i condensatori e le resistenze di bypass si trovino nella stessa posizione. Questo facilita il rispetto delle lunghezze delle tracce richieste dalla Regola 2 e semplifica le operazioni di test e di risoluzione dei problemi.
Regola 5: Crea i pannelli del tuo PCB replicandolo più volte su una scheda più grande. Utilizzare le dimensioni più adatte alle apparecchiature utilizzate dal produttore scelto migliorerà la prototipazione e i costi di produzione. Inizia disegnando la scheda come un pannello. Contatta il produttore per ottenere le specifiche relative alle dimensioni del pannello preferite. Quindi, una volta corrette le regole di progettazione, fai del tuo meglio per ripetere il progetto più volte sulle dimensioni del pannello preferite.
Regola 6: Consolidare i valori dei componenti. Come progettista, avrai selezionato alcuni componenti discreti con valori diversi che svolgono la stessa funzione. Consolidare questi componenti in un intervallo standard di valori semplifica la distinta base e probabilmente risulterà più economico. Inoltre, le decisioni relative alle scorte a lungo termine saranno più facili se si dispone di una varietà di schede basate sui valori preferiti dei dispositivi.
Regola 7: Controlla le regole di layout il più spesso possibile. La funzione DRC (Design Rule Control) presente nei software di progettazione PCB è rapida e semplice da usare, e controllare frequentemente le regole può farti risparmiare ore di lavoro su progetti molto più complessi. È un'ottima abitudine da sviluppare. Ogni decisione relativa al layout del circuito stampato è importante, e controllare costantemente le regole di layout ti assicura di tenere sempre presenti i fattori più importanti.
Regola 8: Utilizzare la serigrafia con saggezza. La serigrafia può essere utilizzata per comunicare informazioni utili al progettista del circuito stampato, ai tecnici addetti alla manutenzione o al collaudo, e persino alla persona che installa o utilizza il dispositivo. Etichette chiare per funzioni e punti di test sono ovvie, ma è importante considerare anche l'orientamento dei componenti e dei connettori. Le annotazioni vengono utilizzate anche se a volte finiscono per essere coperte dai componenti dopo l'assemblaggio. L'utilizzo della serigrafia su entrambi i lati del circuito stampato può ridurre la necessità di rilavorazioni e semplificare la produzione.
Regola 9: Il disaccoppiamento dei condensatori non è facoltativo. Non cercate di ottimizzare il vostro progetto evitando il disaccoppiamento delle linee e affidandovi ai limiti assoluti indicati nelle schede tecniche dei componenti. I condensatori sono economici e durevoli. Dedicate del tempo all'installazione ogni volta che è possibile e ricordate la Regola 6 sull'utilizzo di un intervallo di valori standard per evitare problemi di inventario.
Regola 10: Genera i tuoi dati di produzione per i PCB e verificali prima di inviare le schede in produzione. La maggior parte dei produttori di schede lo fa direttamente dal file scaricato, ma se carichi prima i tuoi file Gerber e li controlli con uno strumento gratuito per assicurarti che siano come te li aspetti, puoi evitare incomprensioni. Potresti persino scoprire errori involontariamente prima che vengano stampati definitivamente su fibra di vetro, resina e rame.
Poiché la condivisione dei progetti di circuiti è sempre più aperta e un numero crescente di team di progettazione si affida a progetti di riferimento, riteniamo fondamentale che queste regole continuino a essere rispettate nella progettazione di circuiti stampati (PCB). Mantenendo una solida conoscenza dei principi fondamentali, i progettisti conservano anche la flessibilità necessaria per aggiungere valore ai propri prodotti e ottenere il massimo da ogni scheda progettata. Infine, chiunque si avvicini alla progettazione di PCB imparerà molto più velocemente e acquisirà maggiore sicurezza se terrà sempre a mente queste regole di base.
Edwin Robledo (@CadSoftTech) è il direttore generale di CadSoft USA e lavora in azienda da 20 anni. Jorge Garcia è un membro del team di supporto tecnico.
Autore:
A cura di Edwin Robledo e Jorge Garcia di CadSoft
