La progettazione dei Pcb

PROGETTAZIONE –

Progettare al meglio e più in fretta aiuta la competitività; le nuove suite software nel rispetto del DFM e del DFT contribuiscono enormemente nel razionalizzare tutti i processi che vanno dalla creazione del prototipo alla successiva fase di ingegnerizzazione e di produzione.

Nell'odierno scenario delle realizzazioni elettroniche lo sviluppo di nuove tecnologie si traduce velocemente in nuovi applicativi. Nell'ultimo decennio il trend del ciclo di vita dei prodotti tende ad accorciarsi, mentre la concorrenza si è internazionalizzata perché le comunicazioni e i trasporti sempre più veloci consentono a concorrenti d'oltreoceano di superare facilmente le barriere spazio/tempo e di entrare prepotentemente sul mercato come un tempo era impensabile. A questa invasione sopravvivono solo alcune nicchie di mercato da sempre privilegiate.
Nel riconsiderare con una nuova visione la gestione del progetto in azienda, l'integrazione tra l'ambiente di design e quello di produzione è oggi molto più accentuata che non in passato. Concetti di DFV (design for verification), DFM (design for manufacturability) e DFT (design for testability) sono più sentiti e più seguiti di quanto non lo fossero in passato. Il costante aumento dei costi delle materie prime e dell'energia, così come la stretta sui budget effettuata dalle aziende, indice il mondo della progettazione a dedicare una forte attenzione ai temi relativi al contenimento dei consumi, alla riduzione dei costi di fabbricazione e alla velocizzazione della progettazione stessa. La soluzione di queste sfide prende avvio dalla fase di progettazione del dispositivo elettronico, durante la quale il team di ingegneri elettronici studia i vari aspetti che correttamente correlati portano al risultato finale. Il ricorso all'utilizzo di software di progettazione 3D permette al team di elettronici e meccanici di collaborare già durante la fase di prototipazione virtuale, per garantire la massima integrazione prima ancora di sviluppare il prototipo tangibile. Lungo lo sviluppo del progetto l'integrità dei segnali è costantemente controllata per garantire la produzione di pcb altamente affidabili. Prima si attivano test software per poi passare direttamente a test fisici sul prototipo. In queste fasi si studiano e si sperimentano le appropriate soluzioni per ridurre quanto più possibile il consumo energetico del dispositivo.
I dettagli di progettono dipendono dal tipo di sistema che si deve realizzare. Le linee guida generali del flusso progettuale possono essere riassunte dai seguenti passaggi:
1. inquadrare l'obiettivo;
2. Concepire le idee per raggiungere l'obiettivo;
3. analizzare le idee in un'ottica di miglioramento;
4. Analizzare tutte le possibili soluzioni;
5. pianificare le azioni;
6. attuare decisioni e azioni.
La sequenza può essere ripetuta fintantoché le specifiche desiderate sono state chiaramente focalizzate e soddisfatte. Ogni singolo passo può essere ulteriormente suddiviso in azioni più elementari, ma ciò che emerge è che un progetto usualmente coinvolge molte discipline e che ogni progettista del team dovrebbe essere in grado di operare in un gruppo multidisciplinare.

La progettazione
Progettare significa trasformare le specifiche di prodotto in circuiti capaci di soddisfarle. Progettare un sistema è quindi una sfida complessa che coinvolge numerose variabili dal momento che si possono ottenere soluzioni diverse, percorrendo strade diverse, ma in grado di soddisfare le medesime specifiche. Da questo deriva che la progettazione è anche un processo decisionale. Nell'affrontare operativamente un progetto si parte considerando i problemi più impegnativi, relegando in ultima analisi quelli più semplici. In questo modo non trovando una soluzione accessibile ai problemi più difficili si evita di sprecare tempo e denaro nel risolvere quelli più facili. Il processo di progettazione è di conseguenza anche un processo gerarchico. Doppiamente gerarchico, dal complesso al semplice, dall'insieme al particolare; il sistema si progetta in prima battuta attraverso diagrammi funzionali e diagrammi a blocchi, si prosegue quindi dettagliando i singoli dispositivi che lo compongono per poi arrivare ai circuiti.
I principali passi del processo di progettazione si possono riassumere in:
1.    descrizione del sistema e analisi delle sue specifiche;
2.    stesura dei diagrammi e dei blocchi funzionali;
3.    studio di fattibilità;
4.    definizione delle specifiche dei blocchi funzionali;
5.    progettazione logico-funzionale;
6.    dimensionamento, modellazione e simulazione;
7.     test e collaudo.

Le piattaforme per la progettazione sono pacchetti di software Cad che forniscono ai progettisti una suite di strumenti necessari per realizzare le schede, dal concetto alla realizzazione, mediante output di file gerber.
Sono usualmente costituiti da un editor di schemi elettrici, da una libreria di componenti, da un editor di simboli grafici, da un part manager di entità logiche e fisiche, da un pcb editor, e da una serie di strumenti per la progettazione analogica. In risposta alle richieste dei clienti di poter realizzare pcb con design avanzati, l'obiettivo primario degli sviluppatori di software Cad è stato di renderli sempre più facili da utilizzare, con rappresentazioni grafiche delle varie funzioni di assegnazione. Questo a reso gli strumenti di più facile approccio sia per gli utenti, permettendo loro di sviluppare al meglio le proprie competenze, sia per aumentare la loro efficienza nella progettazione
Cad.
Le soluzioni
Cad sono oggi veramente complete, permettendo una progettazione dei pcb mediante un workflow intuitivo e in grado di guidare i progettisti attraverso tutte le operazioni di disegno. I vari pacchetti Cad integrano in un unico ambiente tutte le tecnologie necessarie ai processi di sviluppo elettronico. La gamma di soluzioni offerte comprende schemi elettrici, disegno di sistemi a livello di scheda e di Fpga, layout del pcb, trasmissione dei segnali high-speed, controllo sull'integrità dei segnali, analisi circuitali, modellazione 3D, creazione dei formati di produzione, funzionalità estese di gestione dei dati e vaste librerie. Le librerie, oltre ad essere residenti, sono anche accessibili via internet. Il ricorso all'integrazione della tecnologia Fpga -field-programmable gate arrays- consente di ridurre al minimo lo spazio e di creare un'integrazione che consente la scalabilità della singola scheda, la flessibilità per fornire più funzioni nel tempo, con risparmio economico e di tempo sullo sviluppo di una nuova scheda. Disporre inoltre di set condivisi di principi di progettazione per dar vita alle funzionalità dei pcb, come ad esempio stack-up di strati, larghezze delle piste e degli isolamenti, dimensioni di fori passanti e fori cechi, aumenta lo standard del disegno pcb. Implementandoli come modelli nei Cad durante il processo di layout, si possono raggiungere vantaggi significativi in termini di affidabilità e di efficienza tanto per i progettisti quanto per i produttori.

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