L'arte dello sbroglio dei Circuiti Stampati

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L'arte dello sbroglio dei Circuiti Stampati

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L'arte dello sbroglio dei Circuiti Stampati

  1. 1. Larte dello sbroglio dei Circuiti StampatiEmanuele Piero @ElettronicaOpen
  2. 2. Chi siamoEmanuele BonanniProgettista elettronico EMCelettronica SrlFondatore di Elettronica Open SourcePiero BoccadoroIngegneria Elettronica Politecnico di BariBlogger su Elettronica Open Source
  3. 3. PCB = STRATEGIA + ARTE1. Strumenti -> CAD /pratica dei tools2. Strategia -> Know-How /partita a scacchi3. Creatività -> Opera darte /talento personale
  4. 4. Panoramica sui CAD di sbroglio● Kicad● Design Spark - Eagle● Orcad (Cadence)● Altium Designer (P-Cad - Protel)Oggi online su Elettronica Open SourcePCB CAD gratis e a pagamento: la guidadefinitiva http://goo.gl/YHzeo
  5. 5. KicadFree & Open SourceSoluzione completaUtilizzato anche daprofessionisti http://www.kicad-pcb.orgBuona dotazione dilibrerie (community)
  6. 6. Design Spark - Eagle PCBRS Components Vs FarnellOttime soluzione free per progetti middle levelDesign Spark Eagle PCBFull Free Limited FreewareCalcoli (width I - lenght L) Cross platform(Win-Mac-Linux)http://www.designspark.com http://www.cadsoftusa.com
  7. 7. OrcadPCBIISuite completaCapture->Layout+Spice +CAD+Gerber + Report file (x,y)Librerie condivise online e dai produttoriEsempio: National SemiconductorOttimo strumento professionale
  8. 8. Altium designer - Pads e gli altriAltium Designer (Protel - P-Cad)Leader in migrazione e integrazione meccanicaARIA - 8 layer - 3D Preview - Courtesy of ACMEsystems
  9. 9. Compatibilità tra i vari CADSe inizio a lavorare con un software e poidecido di cambiarlo, i miei vecchi progetti sonocompatibili?Schematico SI Scheda NI
  10. 10. Tenetevi aggiornatiEDACafèhttp://www.edacafe.com/PCB007http://www.iconnect007.comPrinted Circuit Design & Fabhttp://www.pcdandf.comMentor White Paperhttp://www.mentor.com/products/pcb-system-design/techpubs/Circuitnethttp://www.circuitnet.com/Elettronica Open Source PCBhttp://it.emcelettronica.com/circuiti-stampati
  11. 11. BASIC PCB GUIDELINES
  12. 12. Schema elettrico. Chi ben comincia..Completo di più informazioni possibileLabel & Net Label Nodi di massa
  13. 13. Dimensioni meccaniche & ancoraggiDefinire sempre il layout meccanico PRIMADimensioni esterne - tolleranzeFori di ancoraggio (con zona di rispetto)Altezze massime dei componentiCampo di applicazioneR di potenza in piedi o sdraiata?Prove di vibrazione?
  14. 14. SCH <-> PCB <-> DRWInteragire con il disegnatore elettrico(progettista elettronico)PIN-SWAPbackannotate automatico/manualeInteragire con il disegnatore meccanico(progettista meccanico)Dimensioni-Foratura
  15. 15. Passaggio da schema a circuitoSCH footprint -> NETLIST -> PCB footprint
  16. 16. Lavorare su Griglia | mils o mm?Visiva - Piazzamento componenti - PisteLa scelta mils o mm è soggettiva 1 mils = 0.0254 mm
  17. 17. IsolamentiTensioni in gioco - specifiche tecnicheCorrenti in gioco - larghezza pisteCampo di applicazioneLimiti azienda costruttrice PCB(non legarsi troppo ad una specifica)
  18. 18. PosizionamentoComponenti fissi (connettori-dissipatori-etc)Componenti sensibili (switching-quarzi-filtri-etc)Posizionare accuratamente in MANUALE
  19. 19. Routing (sbroglio delle piste)● Utilizzare il routing automatico per ottimizzare il posizionamento.● Analizzare la densità di piste ed ottimizzare il posizionamento.Una volta fatto, cancellare tutte le piste!Posizionare manualmente procedendo ablocchi con precedenza alle piste particolariVcc GND Reset OSC Vref Tx Rx AnaIN etc.
  20. 20. ROUTING Automatico Vs ManualeUn esempio: il più semplice!Lautomatico si spingerà sempre al limite degliisolamenti, anche quando non cè necessità.
  21. 21. DRCUna volta finito lo sbroglioil DRC (Design Rule Check)è dobbligoImpostatelo al meglio,provando anche a scendere oltre la specificarichiesta per valutare subito le parti sensibili e,se possibile, intervenire preventivamente.
  22. 22. IPC2221(ex MIL-STD-275)Parametri:Corrente massima (A)Aumento di T (°C)Spessore rame (Oz)Sezione pista (Mils2)larghezza pista (Inch)
  23. 23. Visione globale del progettoAiutiamo lassemblatore!IPC-A-610 Acceptability of Electronic AssembliesLa conformità a molte norme, passa per il PCBEMI/ESD IEC 61000-4-x
  24. 24. EMI, RFI & EMC
  25. 25. EMI, RFI & EMC Disturbi che affliggono un sistema in cui segnali elettrici si propagano senzaEMI (Electromagnetic che questi siano preventivati, desiderati o seguano percorsi previsti.interference)RFI (Radio Frequency È fonte di disturbo per un circuito qualunque fonte di potenza radiata dall’Interference) esterno verso un circuito quando essa interrompa o corrompa il segnale, degradandone prestazioni, durata ed efficacia (ad esempio perdita di dati).EMI è:● “condotta” perchè scorre corrente attraverso piste conduttive, componenti, antenne, cavi di alimentazione e piani di massa.● accoppiamento tra componenti, circuiti, elementi discreti che hanno impedenze che interagiscono.
  26. 26. EMI, RFI & EMC Disturbi che affliggono un sistema in cui segnali elettrici si propagano senzaEMI (Electromagnetic che questi siano preventivati, desiderati o seguano percorsi previsti.interference)RFI (Radio Frequency È fonte di disturbo per un circuito qualunque fonte di potenza radiata dall’Interference) esterno verso un circuito quando essa interrompa o corrompa il segnale, degradandone prestazioni, durata ed efficacia (ad esempio perdita di dati).EMI è:● “condotta” perchè scorre corrente attraverso piste conduttive, componenti, antenne, cavi di alimentazione e piani di massa.● accoppiamento tra componenti, circuiti, elementi discreti che hanno impedenze che interagiscono. attraverso aperture di ogni genere: bocche d’aerazione, accessi per● irradiata ispezione, cavi, pannelli, imperfezioni nel confezionamento.Fonti di rumore tipico per ricevitori radio sono leantenne ad ampio raggio, le linee di altatensione, i macchinari di potenza.È facile che le linee di trasmissione AC dianointerferenza con molti apparecchi ancheintegrati.
  27. 27. EMI, RFI & EMCEMC (Electro-Magnetic Capacità dei sistemi elettrici ed elettronici di funzionare in “dati” ambienti senzaCompatibility) che siano sentiti effetti “indesiderati”. Per garantirla, e minimizzare gli effetti deleteri, è necessario che siano effettuati test di funzionalità e sicurezza.Soluzioni tipiche ● sistemi di schermatura; ● insolamento (galvanico, ottico ecc); ● collegamenti a massa; ● verifica dell’impedenza caratteristica ed adattamento; ● filtraggio e tecniche di eliminazione del rumore;
  28. 28. EMI, RFI & EMCEMC (Electro-Magnetic Capacità dei sistemi elettrici ed elettronici di funzionare in “dati” ambienti senzaCompatibility) che siano sentiti effetti “indesiderati”. Per garantirla, e minimizzare gli effetti deleteri, è necessario che siano effettuati test di funzionalità e sicurezza.Soluzioni tipiche ● sistemi di schermatura; ● insolamento (galvanico, ottico ecc); ● collegamenti a massa; ● verifica dell’impedenza caratteristica ed adattamento; ● filtraggio e tecniche di eliminazione del rumore;La schermatura è, in genere, l’ultima spiaggia ma ha esponenti “notevoli”.
  29. 29. EMI, RFI & EMCEMC (Electro-Magnetic Capacità dei sistemi elettrici ed elettronici di funzionare in “dati” ambienti senzaCompatibility) che siano sentiti effetti “indesiderati”. Per garantirla, e minimizzare gli effetti deleteri, è necessario che siano effettuati test di funzionalità e sicurezza.Soluzioni tipiche ● sistemi di schermatura; ● insolamento (galvanico, ottico ecc); ● collegamenti a massa; ● verifica dell’impedenza caratteristica ed adattamento; ● filtraggio e tecniche di eliminazione del rumore;La schermatura è, in genere, l’ultima spiaggia ma ha esponenti “notevoli”. Come funzionano? I campi “parassiti” creano correnti indotte negli schermi. Il resto lo spiega bene la 3a Equazione di Maxwell (Faraday-Newmann- Lenz). Gli schermi ed i gaskets, di fatto, operano per assorbimento e riflessione ed il loro funzionamento si basa sul principio di reciprocità.
  30. 30. EMI, RFI & EMCProgrammable edge rates
  31. 31. Timing ICs: problemi e soluzioniProgrammable edge ratesProgrammable impedence Schema a blocchi semplificato per un Impedence matching filter (IMF)
  32. 32. Timing ICs: problemi e soluzioniProgrammable edge ratesProgrammable impedenceProgrammable skew Test load Test waveform
  33. 33. Timing ICs: problemi e soluzioniProgrammable edge ratesProgrammable impedenceProgrammable skewSpread spectrum technology Per realizzare tecniche di questo tipo si trasmette segnale il cui contenuto informativo occupa una banda molto minore rispetto a quella necessaria.
  34. 34. Timing ICs: problemi e soluzioniProgrammable edge ratesProgrammable impedenceProgrammable skewSpread spectrum technology Per realizzare tecniche di questo tipo si trasmette segnale il cui contenuto informativo occupa una banda molto minore rispetto a quella necessaria.
  35. 35. Timing ICs: problemi e soluzioniUn esempio applicativo è fornito da diverse soluzioni hardware. Esistono, pertanto,generatori di segnali programmabili che permettono di applicare la tecnica delloSpread Spectrum su una vasta gamma di sistemi.
  36. 36. Timing ICs: problemi e soluzioniUn esempio applicativo è fornito da diverse soluzioni hardware. Esistono, pertanto,generatori di segnali programmabili che permettono di applicare la tecnica delloSpread Spectrum su una vasta gamma di sistemi.Parametri cruciali:● spread spectrum percentage;● modulation rate;● programmable edge rates;● programmable output impedance ;● programmable skew.
  37. 37. Timing ICs: problemi e soluzioniUn esempio applicativo è fornito da diverse soluzioni hardware. Esistono, pertanto,generatori di segnali programmabili che permettono di applicare la tecnica delloSpread Spectrum su una vasta gamma di sistemi.Tra le features piùefficaci ci sono:● Range di frequenze d’uscita ampio (1-200 MHz); Controllo su:● Range di frequenza in ingresso ampio; ● Powerdown;● Spread percentage (entro il 5.0%); ● Output & Spread Enable;● Carico capacitivo programmabile; Frequency & Spread Select;● Riduzione dimensioni (6TDFN 1.2 x 1.4 mm)
  38. 38. Studio e caratterizzazioneEsigenze:● Riduzione dei costi;● Aumento della domanda;● Riduzione delle diminuzioni;● Aumento del grado di integrazione;● Segnali (analogici e digitali) veloci; Risposte:● Strutture EBG (Electro-Magnetic Bandgap)● Package schermati;● piste dedicate (piani separati);● test di verifica
  39. 39. Studio e caratterizzazione Immunità al rumore RF e test Negli IC accade spesso la demodulazione di portanti modulate alle radiofrequenze (tipicamente GSM). I segnali risultanti sono a bassa frequenza (217 Hz). Questi diventano suoni udibili in applicaizoni con microfoni o audio in genere.Filtri dedicati risolvono il problema aumentando l’immunitàoppure bypassando I segnali. Alcuni IC (LMV831-LMV834,MAX9724) sono progettati per utilizzare filtri integrati cheevitano la demodulazione parassita.Il test di simili dispositivi (in camere anecoiche) misura propriola resistenza a simili fenomeni di interferenza.
  40. 40. TIPS & TRICKS
  41. 41. #TIP PCB come un quadro
  42. 42. #TIP PCB NON come un quadro!Zone NON identificabili - Alimentazioni NON pervenutePiste a Y - Continui loop inutiliSbroglio disordinato con angoli retti
  43. 43. #TIP Quarzi ed OSC NON sono nemiciPiste stessa lunghezzaCap adiacentiSe possibile:Foro di massaHC49 sdraiatoSpostare il quarzo a destra, a volte basta poco...(PCB come un quadro!)
  44. 44. #TIP I Vias non sono gratis● N° Vias Vs lunghezza pista● N° Vias Vs percorso pista● Hi Speed -> NO Vias● Vias = strozzatura per la corrente● Vias = maggior costo di produzione (foratura)● NO Vias adiacenti ai PAD in SMT PCBVIAS = punto debole del PCBUtilizzateli con le opportune precauzioniTrovate il giusto compromesso Costi-Benefici
  45. 45. #TIP Vias limitations(1) Through hole (passanti)(2) Blind via (ciechi)(3) Buried via (interrato)Fori passanti +comuniW=2πR=dπCalcolare I max valutare sdoppiamento e/o stagnaturaVia Hole/Pad mm 0.5/0.9 -> 0.4/0.70.3mm di annular over drillpuò essere rischioso:centraggio del forofoto credits: Wikipedia
  46. 46. #TIP Dissipare i PAD di potenzaPotenziare i pad/pin di potenza dissipandoSfruttare la dissipazione del rame sui 2 lati
  47. 47. #TIP "Scaricate" i PianiPiano di massa a quadriPiano di Vcc a rombiEvitiamo rigonfiamenti e curvature dei circuiti
  48. 48. #TIP Giocare con i PADPAD TOP differente dal BOTNon solo round ma anche Oblong
  49. 49. #TIP Le piste soffrono di vertiginiPiste/Pad/Piani lontano dal bordo -> 1mmPCB manufacturersscoring = 0.5mmfresatura/bandelle = 0.2mmNon fidateviTabella isolamenti250Vac = 1.25mm
  50. 50. #TIP Lo spessore del rame aiuta! Oz micron 1/2 17 1 35 35 micron = standard 2 70 3 105A parità di I aumentate lo spessore perdiminuire la larghezza della pista.Attenzione agli isolamenti! Uno spessoreelevato comporta limitazioni. QFP BGA ZIFValutare multi board, anche verticali
  51. 51. #TIP /crosstalkAffligge i segnali Hi-Speed USBDIMINUIRE IMPEDENZA PISTECONTROLLARE LIMPEDENZANO FORI PASSANTINO ANGOLI RETTIUSB: tenere le piste a 0,508 mm tra loroe ad 1.27 da segnali sensibili (Intel Guidelines)
  52. 52. #TIP: Evitare gli STUBPossono creare fenomeni di riflessionecompromettendo la qualità del segnale neicircuiti hi-speed (USB)Errore classico è il test point
  53. 53. #TIP RISPETTATE GLI OPTOisolatoriPiste sotto gli Optoisolatori?
  54. 54. #TIP: ESD Test con Accendigas 1mm ~ 4KVhttp://it.emcelettronica.com/esd-test-sui-pcb-fatto-casa
  55. 55. SAFETY GuidelinesNon sottovalutate MAI questi 3 + 1 punti1. Attenzione agli occhi Utilizzare uno schemo adeguato (Hi-Resolution Brillance - Hi-Screen) Scelta dei colori (forse il rosso del bottom è troppo aggressivo) Sbattere frequentemente le palpebre Rinfrescare e massaggiare gli occhi durante le pause Valutare lutilizzo di lacrime artificiali2. Mantenere una postura corretta Seguire la legge 626 Cambiare posizione Attenzione ai muscoli del collo (cervicale)3. Fare delle pause (lavorare a task di 30 / 45minuti) Non superare MAI i 60 minuti1. Mouse ergonomico
  56. 56. BibliografiaBased on the "interference" entry of The Concise Oxford English Dictionary, 11th edition, onlineSue, M.K.. "Radio frequency interference at the geostationary orbit". NASA. Jet Propulsion Laboratory. Retrieved 6 October 2011.Radio frequency interference / editors, Charles L. Hutchinson, Michael B. Kaczynski ; contributors, Doug DeMaw ... [et al.]. 4th ed.Newington, CT American Radio Relay League c1987.Radio frequency interference handbook. Compiled and edited by Ralph E. Taylor. Washington Scientific and Technical Information Office,National Aeronautics and Space Administration; [was for sale by the National Technical Information Service, Springfield, Va.] 1971.http://www.arrl.org/tis/info/rfigen.html RadioFrequency Interference/ElectroMagnetic Interference, ARRL http://www.kyes.com/antenna/interference/tvibook.html INTERFERENCE HANDBOOK"Lab Note #105 EMI Reduction - Unsuppressed vs. Suppressed". Arc Suppression Technologies. April 2011. Retrieved February 05, 2012.Clemson Vehicular Electronics Laboratory Web Site: Integrated Circuit EMC page."Dont "despike" your signal lines, add a resistor instead.“http://www.ce-mag.com/archive/2000/novdec/fiori.html Compliance Engineeringhttp://rfdesign.com/mag/510RFD33.pdf Measurement technique for RF Immunityhttp://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/3660 PCB techniques to achieve better RF ImmunityEMI shields:http://www.metexcorp.com/emirfi_thoery.htmEMC: http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_compatibilityEMC laboratory: http://www.prodrive.nl/en/119/product-of-referentie?ref=98Cypress Perform - http://www.cypress.com/?docID=24228EMI, RFI & EMC: http://www.radioing.com/eengineer/intro.htmlTiming ICs Keep Beat with Needs of Todays Embedded Market:http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Timing-ICs-Keep-Beat-with-Needs-of-Todays-Embedded-Market.pdfSelection guide:http://www.silabs.com/Marcom%20Documents/Resources/TimingSelectorGuide.pdfAnalog Devices clock ICs:http://www.analog.com/en/rfif-components/timing-ics-clocks/products/index.htmlLe soluzioni Intersil:http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn66/fn6618.pdfStudio e caratterizzazione: http://ntuemc.tw/theme/design/emc_01.jpgFonti consultate il 03/09/2012
  57. 57. Elettronica Open SourceBloghttp://it.emcelettronica.comPCBhttp://it.emcelettronica.com/circuiti-stampatiForumhttp://it.emcelettronica.com/forum Facebook Twitter Linkedin Google+ Youtube Feed RSS http://it.emcelettronica.com/rss.xml

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