Come creare un layout PCB da uno schema in Altium Designer

Altium Designer

|  Creato: June 22, 2018  |  Aggiornato: March 10, 2021

Come sempre avete preparato un ottimo schema. La circuiteria è stata definita e siete pronti per finalizzare il layout del PCB. Ma questa volta la situazione è leggermente diversa. Magari gli strumenti che usate abitualmente non sono disponibili o volete provare a realizzare da soli il vostro primo layout. Qualunque sia la ragione, siete pronti a lavorare sulla scheda del PCB progettato ma non siete sicuri di quale sia il passo successivo. 

Per fortuna se utilizzate Altium Designer è molto chiaro cosa occorre fare. Andremo a dare un’occhiata ad uno schema circuitale molto semplice per vedere come sincronizzarlo con il progetto di un nuovo PCB. Questo schema semplificato è probabilmente molto diverso da quelli reali sui quali potete dover lavorare, ma i passi che si devono compiere per trasferire i dati sono gli stessi. La creazione di un layout PCB a partire da uno schema non deve necessariamente essere complicata. Per cui preparatevi una bella tazza di caffè ed iniziamo.

Cosa ci possiamo aspettare da un editor di layout di PCB?

Schede. Circuiti. Altre schede. Tracce dappertutto e un asino che vola. Avete ragione, uno di questi elementi non è di solito presente... In realtà la cosa che ci si aspetta quando si affronta il layout di un PCB, è avere accesso ai componenti e alla loro disposizione e al tracciamento delle tracce in rame. Una volta soddisfatti questi requisiti iniziali, è utile accedere alle viste del circuito stampato e ai file di produzione come il footprint del PCB, i file Gerber ed i modelli 3D.

In un ambiente ideale, il layout del PCB prende ciò che è stato creato nello strumento di cattura dello schema e lo trasforma facilmente in un diagramma di circuito. Fatto questo, è poi possibile lavorare sui componenti, sulle impostazioni del rame, sugli interventi del team di progetto ECAD/MCAD e sui requisiti di acquisto per ottimizzare tutti i file del progetto del PCB e, dunque passare dalla fase di progetto a quella di produzione nel modo più facile possibile. Altium Designer offre tutto questo e molto altro ancora.  

Preparazione della sincronizzazione del progetto

La prima cosa da fare è dare un’ultima occhiata allo schema circuitale per verificare che tutto sia corretto e che sia possibile passare alla fase di creazione del layout. Ciò non significa ovviamente che il progetto del PCB sia totalmente terminato, dato che, probabilmente, occorrerà fare ulteriori modifiche prima di essere pronti per la fase di produzione. Ma è importante essere sicuri che non ci siano sorprese negative nel layout. Controllate che non ci siano elementi circuitali duplicati per errore, parti che dovevano essere cancellate, etc. 

Dopo questo primo passo, è possibile utilizzare il processo di controllo dell’editor degli schemi di Altium Designer per accertarsi che non vi siano errori. Per fare questo, occorre compilare lo schema, cosa che va a generare tutti i dettagli interni del progetto, come le mappe delle connessioni tra le componenti e le reti. Mentre il progetto viene compilato, viene eseguita tutta una serie di controlli per verificare che lo schema rispetti le regole di progetto. Prima di effettuare la compilazione diamo un’occhiata a queste regole accedendo al menu a discesa: “Project (progetto) > Project Options (opzioni progetto)”.

Le impostazioni Project Options di Altium Designer

 

L’immagine qui sopra è una composizione delle prime quattro schede della schermata delle opzioni. In primo luogo, è possibile determinare quali errori visualizzare e la modalità di rappresentazione. Poi è possibile controllare quale tipo di pin sono connessi gli uni con gli altri. Nella terza scheda è possibile configurare classi di reti e componenti. In ultimo, sono presenti le impostazioni per il comparatore. 

Questo determina come vengono riportate le differenze tra schema e layout e diventa importante quando iniziate ad aggiungere altre regole su come progettare un circuito stampato. Normalmente non ci sono troppi cambiamenti da effettuare, comunque potete trovare ulteriori informazioni di configurazione nella documentazione di Altium. 

A questo punto è tutto pronto per compilare lo schema. Basta andare su “Project > Compile PCB Project… (compila il progetto)” nel menu a discesa per avviare il compilatore. Se il progetto non ha errori, non verrà visualizzato alcun messaggio.

Per mostrarvi cosa accade in caso di un errore, abbiamo rimosso la parte della rete che collega R1 e Q1, come mostrato nell’immagine sottostante, ed avviato il compilatore. Come potete vedere, Altium Designer ha evidenziato il messaggio di errore che ci avvisa che la rete “NetC1_1” ha un solo pin. Una volta ripristinato il collegamento, il compilatore ha svolto il suo compito senza segnalare, come doveva essere, alcun errore.

 

 

Il messaggio di errore visualizzato dal compilatore

 

Trasferimento dei dati di progetto dallo schema al layout

A questo punto siamo pronti a trasferire i dati dello schema al PCB, ma come prima cosa, dobbiamo definire un PCB al quale trasferirli. Cliccate con il tasto destro sul progetto e selezionate “Add New to Project (aggiungi nuovo progetto) > PCB” come mostrato nella figura sottostante. Ciò comporterà la creazione di un oggetto PCB nell’albero del progetto. Una volta che è stato creato, basta cliccare con il tasto destro su di esso e salvarlo con un nuovo nome. Nel mio caso gli ho assegnato lo stesso nome dello schema.

 

Aggiungere un nuovo oggetto PCB ad un progetto in Altium Designer

 

Una volta che l’oggetto PCB è stato creato, occorre spendere del tempo per configurarlo secondo le proprie esigenze, per utilizzarlo per la creazione del layout. Come primo passo occorre impostare la griglia e l’origine del layout. Per fare questo occorre selezionare, dal menu a discesa, “View (vista) > “Grids (griglie)”. Poi bisogna modificare o ricreare i contorni della scheda in modo che sia della forma e delle dimensioni necessarie. Per fare questo, è necessario passare dalla vista 2D a quella di progettazione, selezionando “View” dal menu a discesa e utilizzando i comandi di modifica appropriati nel menu a discesa “Design”.

A questo punto siete pronti a trasferire i dati del progetto dallo schema al PCB. Nell’editor, selezionate, nel menu a discesa, “Design > Import Changes From…”; vedrete apparire la finestra di dialogo “Engineering Change Order,” come mostrato qui sotto.

 

La finestra di dialogo Engineering Change Order in Altium Designer

Come prima cosa cliccate sul pulsante “Validate Change” (valida le modifiche) che si trova nell’angolo in basso a sinistra sulla finestra di dialogo. Una volta che Altium ha terminato la fase di validazione dei cambiamenti attraverso la sincronizzazione dei dati dello schema con il PCB, la colonna “Check” sulla parte destra della finestra, mostrerà dei segni di spunta, di colore verde, ad indicare gli elementi ed i simboli che sono stati validati con successo. Tutti gli elementi che falliscono la validazione, devono essere investigati e corretti per completare la sincronizzazione del progetto.

Fatto questo cliccate su “Execute Changes” (applica le modifiche). Occorrono alcuni istanti ad Altium Designer per eseguire le modifiche e potete osservare il progresso dell’operazione nella stessa finestra di dialogo. Una volta completata l’operazione, tutti gli elementi avranno un segno verde di spunta nella colonna “Done” (completato) come mostrato nella figura sottostante.

La finestra di dialogo Engineering Change Order dopo aver validato ed applicato le modifiche

Complimenti! Avete appena trasferito i dati di progetto dallo schema alla scheda. Ora potete chiudere questa finestra di dialogo e vedrete i vostri componenti posizionati accanto alla scheda in modo simile a quanto mostrato nella figura qui sotto.

 

I dati dello schema sono stati trasferiti correttamente al layout e gli elementi sono pronti per essere inseriti.

Avete creato un PCB da uno schema in Altium. Qual è il prossimo passo?

Prima di procedere con il layout ci sono ancora alcuni compiti da svolgere.  Decidere su componenti e codici designatori, raccogliere le informazioni necessarie sulla componentistica e consultare i fornitori a riguardo. Occorre anche configurare il PCB per l’ assemblaggio fisico dei vai strati, la visualizzazione degli strati e le regole di progetto.

Il Layer Stack Manager in Altium Designer

Qui sopra è possibile osservare il Layer Stack Manager (gestore degli strati) di Altium Designer. È possibile trovare questa voce di comando sotto “Design” nel menu a discesa. Consente di aggiungere, copiare, cancellare e muovere strati fisici nel PCB. È possibile aggiungere strati per l'instradamento dei segnali, alimentazione e strati dielettrici. Il layer stack manager fornisce anche un calcolatore di impedenza.

Per impostare le regole di progetto selezionate “PCB Rules and Constraints Editor” (editor delle regole e dei vincoli del PCB) che si trova sotto “Design” nel menu a discesa. Infine è possibile configurare come gli strati e gli oggetti vengono visualizzati usando il pannello “View Configuration” (configurazione vista). Qui sotto è riportato un esempio della scheda “Layers & Colors” (strati e colori) del pannello di configurazione.