Lo strumento migliore per la progettazione di sistemi PCB multi-scheda
Si dice che il tempo vola quando ci si diverte. Ed è forse per questo motivo che mi sembra che il tempo passi molto lentamente quando sto costruendo un dispositivo PCB a schede multiple. Progettare anche una sola scheda può essere un compito straziante, per esempio cercando di evitare le EMI, mettere a terra ogni cosa correttamente, minimizzare le scariche statiche e ottimizzare l’instradamento. La creazione di un sistema di PCB che adatti tutto insieme fisicamente ed elettricamente a volte mette a dura prova il mio spirito. Fortunatamente per noi ci sono strumenti sempre più abbordabili per la creazione di schemi multi-scheda che rendono questo lavoro più semplice. Ci sono tre tipi di funzionalità che oltre ad essere di grande aiuto nella progettazione di PCB in generale, sono particolarmente utili anche quando si sta lavorando su PCB multi-scheda: connessione di una scheda con l'altra, integrazione MCAD e suddivisione in moduli. Anche il monitoraggio delle regole tra le diverse schede può essere un incubo e può anche portare a dover buttare interi modelli dopo una lunga sessione di lavoro. Questo strumento semplifica il tracciamento delle connessioni tra le varie schede e può aiutarvi nel caso in cui ci sia il bisogno di effettuare una modifica all'ultimo minuto. I modelli interattivi possono semplificare il problema del controllo dello spazio libero e assicurare che tutto si incastri perfettamente nella scheda. Infine, l'organizzazione modulare vi assiste nella creazione di nuovi circuiti che potrebbero interfacciarsi con delle schede o connettori progettati in passato.
Integrazione MCAD
Avere a disposizione uno strumento di modellazione 3D incorporato nel software potrebbe apparire come una cosa da poco, ma in realtà può fare un'enorme differenza nel processo di progettazione dei PCB. L'uso di MCAD per modellare i vostri PCB può aiutarvi ad evitare di commettere gravissimi errori. In questo modo sarete più tranquilli anche quando dovrete inviare una scheda per la prototipazione o per la sua produzione. Nel momento in cui questo tipo di strumento sarà nelle vostre mani, invece che in quelle di qualunque altro ingegnere meccanico, rivoluzionerà totalmente il modo in cui progettate i circuiti stampati. Vediamo come funziona:
Verifica Dello Spazio Libero in 3D
Avete mai progettato una scheda per poi scoprire che il costoso prototipo, o forse persino l'intera serie di produzione, non ci stava nel contenitore? Mi è capitato una volta, dopo aver aggiunto un condensatore elettrolitico ad una scheda qualche istante prima di inviarla per la prototipazione. Si scoprì poi che i miei calcoli erano sfortunatamente un po' sbagliati. Quindi ho dovuto mandare i progetti dai meccanici per modellarli e controllarli, per poi di nuovo doverli riprogettare correttamente. Immaginate di fare questo tipo di errore in produzione - buona fortuna a spiegare le motivazioni al vostro capo. La posta in gioco è alta quando si tratta di rientrare negli spazi, specialmente quando si lavora con più PCB. Ognuna di queste deve essere combinata perfettamente, come fosse un puzzle 3D molto costoso. Tutto questo deve poi essere inserito in un contenitore personalizzato, che può o meno essere stato progettato dalle persone della vostra azienda. Mi considero un buon progettatore, ma anche io faccio errori che sono difficili da cogliere senza un modello 3D del mio sistema.
Modellazione a Portata di Mano
Ormai la maggior parte di noi usa modelli computerizzati delle nostre schede, ma spesso non siamo noi che le realizziamo. Questo è generalmente il settore di competenza degli ingegneri meccanici. Cosa succede se, però, doveste essere voi stessi a creare modelli e a verificarne lo spazio, senza poter inviare continuamente le modifiche a qualcun altro? Non sto parlando di te che impari un programma MCAD da solo e che fai letteralmente il lavoro da solo. Sto parlando di un software di progettazione del vostro circuito stampato che fa il lavoro per voi. Questo è ciò che un fantastico strumento MCAD ben integrato può fare. Ci sono strumenti ora disponibili che possono generare modelli 3D dei singoli componenti e creare modelli della vostra scheda con tutto ciò che c'è su di essa. I migliori vi permetteranno anche di importare un modello 3D del vostro contenitore e di verificarne lo spazio libero. Questo tipo di funzione consente di risparmiare sull'intermediario quando si tratta di MCAD. Avete bisogno di vedere se un condensatore elettrolitico rientra nelle dimensioni del contenitore? Con un paio di clic potrete certamente scoprirlo.
Monitoraggio delle regole tra schede
Monitorare le regole elettriche è solitamente un lavoro abbastanza semplice perché il vostro software dovrebbe farlo automaticamente nel contesto di una singola scheda. Tuttavia, può essere quasi impossibile monitorare tutte le connessioni che si incrociano da una scheda all'altra. Ci sono pochissimi programmi in grado di controllare un intero sistema nel suo complesso per garantire che tutto si adatti elettricamente e meccanicamente. Un tale strumento vi aiuterà a mantenere tutte le vostre connessioni allineate durante la progettazione, permettendovi un controllo automatico delle regole tra le varie schede. Può anche esservi di grande aiuto durante la riorganizzazione, quando un cambio di contenitore o altri parametri esterni vi costringono ad apportare modifiche significative alla connessione dei vostri circuiti stampati.
Controllo degli errori durante lo sviluppo
Non c'è niente di più noioso che disegnare la rete che interconnette l'intero sistema, scheda a scheda, per assicurarsi che si stabiliscano le giuste connessioni. Mi fa sentire come un cane che insegue la propria coda. Mi ritrovo in continuazione alla ricerca di errori, per poi correggerne uno e cominciare a ricontrollare tutto da capo. Un buon programma di progettazione di sistemi PCB multi-scheda non solo vi aiuterà a tracciare le connessioni attraverso il vostro sistema, ma vi informerà automaticamente quando le cose non sono posizionate correttamente. Dovreste essere subito informati se uno dei circuiti è un vicolo cieco, senza dover controllare manualmente a fine progettazione per poi scoprire di dover riprogettare tutto.
Riduzione di EMI
Il software dovrebbe anche essere in grado di evidenziare ogni percorso consentendovi di capire dove va a finire. Questo tipo di funzione è particolarmente utile quando si ha a che fare con le EMI. Ottenere la certificazione FCC può rivelarsi una vera seccatura e non volete certo dover affrontare due volte i test sulle emissioni irradiate o condotte. Ci sono troppi problemi di interferenza che riguardano l'instradamento dei segnali attraverso le schede. Dovete stare attenti ai circuiti ad alta velocità, alle coppie differenziali e alle parti analogiche e digitali dei vostri PCB. Una corretta messa a terra è essenziale anche perché probabilmente non sarete in grado di utilizzare una messa a terra a stella, e dovrete fare attenzione ai percorsi di ritorno della corrente attraverso l'intero sistema. Tenere traccia di tutte queste complicazioni è quasi impossibile senza uno strumento che vi mostri esattamente dove vengono instradate tutte le vostre connessioni.
Riprogettazione semplificata
L'evidenziazione dei percorsi si rivela utile non solo per la riduzione delle interferenze elettromagnetiche, ma può anche risultare utile per salvare il vostro progetto. Ho partecipato a progetti in cui una scheda PCB ha dovuto essere rielaborata o scartata interamente a causa di cambiamenti all'ultimo minuto dell'intero sistema. È impossibile prevedere che l'ingegnere meccanico si trovi nella situazione di dover apportare anche solo piccole modifiche al contenitore. Purtroppo queste piccole regolazioni possono significare che è necessario spostare diversi pin e persino un intero bus. Senza un adeguato strumento in grado di evidenziare le reti, questo compito diventa un inutile spreco di tempo. Tuttavia, se avete un software in grado di mostrarvi il percorso di ogni traccia, anche un compito così difficile diventa tutto sommato relativamente semplice.
Organizzazione modulare
A prima vista una funzione di questo tipo potrebbe non entusiasmarvi quanto l'integrazione MCAD o il controllo delle regole elettriche a livello di sistema. Vogliamo però mostrarvi quanto sia utile e come può aiutarvi a riutilizzare i vecchi progetti. Non dovrete più perdere tempo a riprogettare la stessa vecchia PCB che avete realizzato già 1.000 volte. Questo tipo di strumento vi permetterà di ridurre significativamente gli sprechi di tempo nel processo di progettazione e vi aiuterà a concentrarvi solo sui lavori nuovi e stimolanti.
Design standardizzati
Re Salomone una volta disse che non c'è niente di nuovo sotto il sole, e questo comincia a valere anche per i PCB. Se state progettando per ambiti come l'Internet delle cose (IoT), conoscerete già alcuni dei diversi componenti di cui avrete bisogno. Naturalmente avrete bisogno di un modulo per il WiFi, Bluetooth, o presto forse anche 5G per permettere al dispositivo di comunicare su internet. Se state progettando un dispositivo indossabile e volete che sia comodo per l'utente, dovrete sicuramente utilizzare un connettore micro USB invece di sviluppare il vostro modello proprietario. Non ha senso dover realizzare ogni volta i PCB di questi moduli già esistenti. Un buon software multi-scheda vi permetterà di rendere l'intero sistema modulare, in modo da non dover reinventare la ruota ogni volta che progettate un nuovo prodotto.
Risparmiare tempo in progettazione
Attualmente c'è molto lavoro per quanto riguarda la progettazione dei circuiti stampati, grazie all'avvento dell'internet delle cose per cui persino le automobili hanno motori controllati elettronicamente. Non c'è quindi tempo da perdere nel riprogettare gli stessi vecchi lavori nuovamente. Un software di progettazione PCB che permette di modularizzare i vostri progetti vi aiuterà a risparmiare tempo che potrete usare per concentrarvi sulla realizzazione di nuovi dispositivi all'avanguardia. Naturalmente, la vera progettazione modulare e l'integrazione modulare non sono realmente possibili senza le prime due funzionalità menzionate. Se durante la procedura di importazione di un vecchio progetto vi ritrovate a dover inviare il progetto per svariate volte per la modellazione e il controllo dello spazio, allora tanto vale ricostruirlo da zero. Il controllo delle regole elettriche dei PCB multi-scheda vi permetterà di importare un sottosistema e controllarne istantaneamente la validità delle connessioni. È proprio la combinazione di tutti e tre questi strumenti che riesce a rivoluzionare il processo di progettazione.
Al momento c'è solo un programma che sta cercando di includere tutte queste funzionalità all'interno di un software che già si configura come uno dei migliori sul mercato in termini di progettazione di PCB. Altium Designer® ha una serie di grandi funzioni che vi permetteranno di creare nuove ed entusiasmanti PCB. I suoi strumenti includono, tra gli altri, quelli appena elencati, dato che Altium sta ampliando la sua offerta per includere la progettazione di sistemi PCB multi-scheda. La progettazione di singoli PCB è già stata rielaborata da Altium, con elementi come uno strumento di analisi e un supporto per il rigido-flessibile sempre più significativo.
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Assemblaggio di schede multiple interconnesse
