A Complexidade do Layout de PCB

No cenário de design de hoje, cabe ao designer ser o mestre do layout da placa, assim como o engenheiro é o mestre do circuito. Uma das maneiras pelas quais um designer de placa pode demonstrar esse domínio é por meio de técnicas de colocação e roteamento de qualidade, obtidas através da leitura e compreensão das folhas de dados e notas de aplicação do fabricante.

O papel em mudança do designer

No passado, os designers usavam folhas de dados para informações sobre portas e footprints e pouco mais, raramente lendo as notas de aplicação. Eles confiavam nos engenheiros para explicar os componentes e/ou o circuito e para chamar atenção para qualquer criticidade na colocação ou roteamento.

Mas hoje, o papel do designer é mais importante devido à crescente complexidade dos sinais, às estruturas de camadas, às mudanças nos materiais da placa e a uma variedade de questões de fabricação. Os designers devem saber como os sinais podem reagir em uma placa específica e como controlá-los. Devem entender como uma questão aparentemente insignificante pode afetar outras questões de design na placa – tudo isso que o engenheiro de circuito pode não conhecer ou entender completamente.

A evolução das informações do fabricante

As informações do fabricante estão mudando assim como as necessidades dos designers. Hoje, incluem informações que não eram necessárias ou disponíveis há poucos anos. Essas informações incluem o tempo de subida e descida do sinal, informações de fonte e carga dos pinos, impedância elétrica, medida em ohms do grau em que um circuito elétrico resiste ao fluxo de corrente elétrica quando uma voltagem é aplicada em seus terminais, questões, insights de colocação, questões RoHS, informações de montagem e muito mais.

Conhecer o tempo de subida e descida dos componentes é muito mais crítico agora porque os tempos de sinal são muito mais rápidos, e é necessário muito mais conhecimento e esforço de design para roteá-los corretamente. Não podemos confiar apenas na velocidade do clock para nos dizer o que precisamos saber. Participar de qualquer aula de design de alta velocidade explicará por que o controle é necessário, mesmo em uma placa de clock lento. Infelizmente, essas informações nem sempre estão listadas nas folhas de dados ou notas de aplicação do fabricante, embora esse seja o primeiro lugar para procurar por elas.

A importância do assignment de pinos e roteamento de sinais

Como um designer pode colocar componentes se não sabe qual componente pode originar um sinal? Como podem roteá-la se não sabem se o sinal requer técnicas críticas de roteamento ou stub?

Stubs são usados para várias finalidades. Por exemplo, um stub pode ser instalado em uma máquina cliente e um contraparte instalado em um servidor, onde ambos são necessários para resolver algum protocolo, controle de comprimento de procedimento remoto em sua placa específica. A atribuição de pinos encontrada nas folhas de dados deve ser incorporada às peças da biblioteca e definida como fonte ou carga (saída ou entrada), enquanto também define a função de um sinal como um barramento, um clock, habilitação, leitura/gravação, etc.

Isso fornece acesso às informações necessárias durante os processos de layout e ECO. Placas “lentas” são mais tolerantes a técnicas ruins de colocação e roteamento, mas como todas as peças fabricadas estão ficando mais rápidas, é uma boa ideia projetar placas com essas considerações em mente, mesmo que hoje sejam irrelevantes, pois quaisquer reparos posteriores na placa inevitavelmente usarão peças mais rápidas.

Especificações de impedância e correspondência de comprimento de barramento

As fichas técnicas do fabricante às vezes incluem especificações de impedância necessárias para um barramento ou sinais. Essas informações são extremamente importantes para a integridade do sinal e devem ser seguidas e incorporadas ao projeto da placa o mais próximo possível. O método usado para obter essa impedância é menos importante do que que o requisito seja atendido.

Portanto, se as informações do fabricante especificam uma largura de trilha, espessura, espaçamento, etc., deve-se determinar se os requisitos podem ser implementados na placa. Muitas vezes, não será possível, e o designer precisará calcular como atender à impedância requerida usando outros métodos.

As informações de correspondência de comprimento do barramento também podem estar incluídas em notas de aplicação. A diferença de comprimento permitida (ou diferença de tempo de chegada entre sinais) é determinada pela parte receptora no barramento e geralmente varia de 20 a 60 psec, o que equivale a cerca de 0,100 a 0,300 polegadas.

Então, novamente, as informações na folha de dados devem ser cuidadosamente consideradas para precisão se ela fornecer uma tolerância arbitrária de +/- .050 polegadas. Os designers devem preferir informações expressas em tempo, em vez de comprimento, porque os sinais viajam mais rápido nas camadas externas da placa do que nas internas.

Considerações para colocação e roteamento

A colocação e roteamento de componentes baseados exclusivamente nas informações fornecidas pelo fabricante causam alguma controvérsia, mas ainda assim merecem consideração. Embora as informações possam não levar em conta todas as questões específicas de uma determinada placa, o designer deve ler e entender os dados técnicos do fabricante para compreender os requisitos da peça. Se as informações parecerem inválidas para um projeto específico, uma discussão com o designer do circuito, fabricação ou equipe de teste e reparo pode ser necessária.

Incorporando novas questões de fabricação

O designer também deve incorporar novas questões de fabricação, incluindo informações de conformidade RoHS, nos componentes e no layout da placa. Essas questões podem incluir, mas não se limitam a, tipo ou tamanho da máscara de solda necessária, tipo de pasta de solda ou espessura do estêncil, pressão da espátula, tamanho e forma da abertura da pasta, especificações do estêncil em etapas, informações de limpeza, ciclos térmicos e informações de soldagem por onda e reflow.

Conclusão

Os designers devem ler e aprender a incorporar dados técnicos e requisitos de projeto acompanhantes para se tornarem mestres no layout de placas necessárias hoje. Seja um novo projeto complexo, amplo ou lento ou rápido, a integridade do sinal e a EMI (RFI) de chips e outros dispositivos eletrônicos. Os limites permitidos são governados pela FCC. (e, portanto, o desempenho da placa) podem ser afetados pela forma como os componentes são colocados e os trilhos roteados. É de vital importância que o designer compreenda as informações fornecidas pelo fabricante e incorpore quaisquer dados aplicáveis ao seu layout de placa.