Come comprendere alcune fasi importanti della progettazione di schede PCB

Se siete interessati a progettare una scheda PCB, dovete conoscere una serie di fasi importanti. Queste fasi comprendono l'ideazione, la definizione, la convalida e il posizionamento dei componenti. La comprensione di queste fasi vi aiuterà a realizzare il miglior progetto possibile.

Ideazione

La creazione di una scheda PCB efficace inizia con la definizione dello scopo del dispositivo. È essenziale far coincidere le dimensioni e i vincoli di altezza della scheda con i componenti previsti. Altre considerazioni riguardano la ESR dei componenti alle alte frequenze e la stabilità della temperatura. Inoltre, è necessario scegliere la larghezza e la spaziatura delle tracce. La mancata osservanza di questa regola generale può portare a un'esplosione dei costi.

Il processo di progettazione dei circuiti stampati inizia con l'ideazione, la definizione e la convalida. Questa fase è fondamentale e precede la progettazione di un prototipo o l'esecuzione di un progetto. Evidenzia la creatività del progettista e assicura che tutti i componenti hardware siano allineati e congruenti. Inoltre, consente la collaborazione incrociata tra i vari membri del team, con conseguente sinergia.

Definizione

La progettazione di un PCB è un processo complesso. Comprende la scelta dei materiali giusti per la base del PCB, la selezione di una regola di progettazione e la scelta delle dimensioni finali. Il PCB deve anche essere testato per garantire che funzioni correttamente nelle condizioni operative previste. Se la progettazione non viene eseguita correttamente, il progetto potrebbe fallire.

La prima fase della progettazione di un circuito stampato consiste nel creare una serie di progetti. Questa operazione viene eseguita tramite un software. I progetti servono come modello per la progettazione. Il progettista può anche utilizzare un calcolatore della larghezza delle tracce per determinare gli strati interni ed esterni. Le tracce di rame conduttivo e i circuiti sono contrassegnati con inchiostro nero. Le tracce sono note come strati nel progetto del PCB. Esistono due tipi di strati: quelli esterni e quelli interni.

Convalida

Le schede PCB vengono sottoposte a processi di validazione per garantire che siano state progettate correttamente. Questi test vengono eseguiti esaminando le strutture della scheda. Queste strutture comprendono sonde e connettori, nonché lo standard Beatty per i parametri dei materiali. Questi test vengono eseguiti per eliminare eventuali errori di progettazione, come le riflessioni.

Le schede PCB vengono quindi preparate per la produzione. Il processo dipende dallo strumento CAD utilizzato e dall'impianto di produzione. Di solito comporta la generazione di file Gerber, che sono disegni di ogni strato. Sono disponibili diversi strumenti di visualizzazione e verifica Gerber, alcuni dei quali sono integrati negli strumenti CAD, mentre altri sono applicazioni autonome. Un esempio è ViewMate, scaricabile e utilizzabile gratuitamente.

Il processo di validazione prevede anche il collaudo del dispositivo. Il progetto viene testato con un prototipo per garantire la risposta prevista. Inoltre, viene effettuata un'analisi del circuito per determinare se il progetto è stabile. I risultati di questo test determinano la necessità di eventuali modifiche. È necessario apportare alcune modifiche per migliorare il progetto e garantire che sia conforme alle specifiche del cliente.

Posizionamento dei componenti

Il posizionamento dei componenti sulle schede PCB può avvenire in molti modi. È possibile posizionarli sopra o sotto un altro componente, oppure utilizzare una combinazione di questi metodi. I posizionamenti possono essere resi ordinati allineando i componenti scegliendo Allinea in alto o Allinea in basso. È anche possibile distribuire uniformemente i componenti sulla scheda selezionandoli e facendo clic con il pulsante destro del mouse. È anche possibile spostare i componenti sul lato superiore o inferiore del PCB premendo L.

Nella progettazione di circuiti stampati, il posizionamento dei componenti è fondamentale. L'ideale sarebbe posizionare i componenti sul lato superiore della scheda. Tuttavia, se il componente ha una bassa dissipazione termica, può essere collocato sul lato inferiore. Si consiglia inoltre di raggruppare i componenti simili e di disporli in una fila uniforme. Inoltre, è opportuno posizionare i condensatori di disaccoppiamento in prossimità dei componenti attivi. Inoltre, è necessario posizionare i connettori in base ai requisiti di progetto.

Tensione di rottura del dielettrico

Sia che stiate progettando il vostro PCB, sia che vi stiate procurando un PCB da un produttore, ci sono diverse fasi che dovete conoscere. Alcune di queste fasi comprendono: la verifica della funzionalità dei componenti elettrici e del layout del PCB. Ciò avviene sottoponendo il PCB a una serie di test in conformità agli standard IPC-9252. Due dei test più comuni sono quelli di isolamento e di continuità del circuito. Questi test verificano l'eventuale presenza di disconnessioni o cortocircuiti nella scheda.

Una volta completato il processo di progettazione, è importante considerare l'espansione termica e la resistenza termica dei componenti. Queste due aree sono importanti perché l'espansione termica dei componenti della scheda aumenta quando il calore aumenta. La Tg dei componenti di una scheda deve essere sufficientemente alta per evitare che i componenti vengano danneggiati o deformati. Se la Tg è troppo bassa, i componenti possono guastarsi prematuramente.

How to Use PCB Layered Stackup to Control EMF Radiation

A PCB layered stackup is one of the best ways to reduce EMC and control EMF emissions. However, it is not without risks. The design of a PCB with two signal layers could result in an insufficient amount of board space for routing the signals, cutting up the PWR plane. It is therefore better to put the signal layers between two stacked conductive planes.

Using a 6-layer PCB stackup

A 6-layer PCB stackup is effective for decoupling high-speed signals and low-speed signals, and can also be used to improve power integrity. By placing a signal layer between the surface and the interior conductive layers, it can effectively suppress EMI.

The placement of the power supply and ground on the 2nd and fifth layers of the PCB stackup is a critical factor in controlling EMI radiation. This placement is advantageous because the power supply’s copper resistance is high, which can affect the control of common-mode EMI.

There are different configurations of 6-layer PCB stackups that are useful for different applications. A 6-layer PCB stackup should be designed for the appropriate application specifications. Then, it must be thoroughly tested to ensure its functionality. After this, the design will be turned into a blue print, which will guide the manufacturing process.

PCBs used to be single-layer boards with no vias and clock speeds in the hundred kHz range. These days, they can contain up to 50 layers, with components nestled between layers and on both sides. Signal speeds have increased to over 28 Gb/S. The benefits of solid-layer stackup are numerous. They can reduce radiation, improve crosstalk, and minimize impedance issues.

Using a core-laminated board

Using a core-laminated PCB is an excellent way to protect electronics from EMI radiation. This type of radiation is caused by fast-changing currents. These currents form loops and radiate noise when they change rapidly. In order to control the radiation, you should use a core-laminated board that has a low dielectric constant.

EMI is caused by a variety of sources. The most common is broadband EMI, which occurs over radio frequencies. It is produced by a number of sources, including circuits, power lines, and lamps. It can damage industrial equipment and reduce productivity.

A core-laminated board can include EMI reducing circuits. Each EMI reducing circuit comprises a resistor and a capacitor. It can also include a switching device. The control circuit unit controls each EMI reducing circuit by sending selection and control signals to the EMI-reducing circuits.

Impedance mismatching

PCB layered stackups are a great way to improve EMI control. They can help contain electrical and magnetic fields while minimizing common-mode EMI. The best stackup has solid power and ground planes on outer layers. Connecting components to these planes is faster and easier than routing power trees. But the trade-off is increased complexity and manufacturing costs. Multilayer PCBs are expensive, but the benefits may outweigh the trade-off. To get the best results, work with an experienced PCB supplier.

Designing a PCB layered stackup is an integral part of the signal integrity process. This process requires careful consideration of mechanical and electrical performance requirements. A PCB designer works closely with the fabricator to create the best possible PCB. Ultimately, the PCB layer stackup should be able to route all signals successfully, keep signal integrity rules intact, and provide adequate power and ground layers.

A PCB layered stack-up can help reduce EMI radiation and improve signal quality. It can also provide a decoupling power bus. While there is no one solution to all EMI issues, there are several good options for optimizing PCB layered stacks.

Trace separation

One of the best ways to control EMI radiation is to use layer stack up in PCB designs. This technique involves placing the ground plane and signal layers next to each other. This allows them to act as shields to the inner signal layers, which helps reduce common-mode radiation. Moreover, a layered stackup is much more efficient than a single-plane PCB when it comes to thermal management.

In addition to being effective in containing EMI radiation, a PCB layered stack design also helps improve component density. This is done by ensuring that the space around the components is larger. This can also reduce common-mode EMI.

To reduce EMI radiation, a PCB design should have four or more layers. A four-layer board will produce 15 dB less radiation than a two-layer board. It is important to place the signal layer close to the power plane. The use of good software for PCB design can aid in choosing the right materials and performing impedance calculations.