Gli esperti di tecnologia sapranno con certezza cos’è lo sbroglio di circuiti stampati perché si tratta di un processo cruciale nella progettazione elettronica. Ma in cosa consiste precisamente? Nel posizionamento e nella connessione dei componenti su una scheda che prevedono varie fasi più o meno complesse.
Spesso è considerata un’operazione poco importante, in realtà è fondamentale per la realizzazione di una scheda elettronica.
Per capire nel dettaglio di cosa si tratta, è necessario sapere che il termine “sbroglio” si riferisce all’organizzazione dei collegamenti tra i componenti, quindi delle “tracce”, per garantire che il circuito funzioni correttamente senza interferenze o problemi di integrità del segnale.
In questo articolo, si analizzeranno le fasi principali del processo di sbroglio circuiti stampati, gli strumenti utilizzati e le migliori pratiche per ottenere un risultato ottimale per capire precisamente come funziona.
Le fasi principali dello sbroglio dei circuiti stampati
Ci sono varie attività che rientrano nello sbroglio di PCB (Printed Circuit Board) tra le quali: la disposizione dei vari elementi per ottimizzare spazio e collegamenti, la scelta la configurazione migliore e la definizione di isolamenti in base alle tensioni di utilizzo, la tipologia e la posizione dei connettori.
La prima fase da seguire è quella di preparazione e pianificazione che include vari step come la comprensione del progetto, la definizione degli obiettivi del circuito e la considerazione delle restrizioni meccaniche ed elettriche. Tra le cose da considerare in questa fase ci sono anche le dimensioni della scheda, il numero di strati necessari e la disposizione preliminare dei componenti principali.
Altra fase è quella della disposizione dei componenti che richiede una comprensione approfondita delle relazioni tra i vari elementi e dei requisiti di spazio. Microcontrollori, connettori e altri dispositivi chiave devono essere posizionati in modo strategico per minimizzare la lunghezza delle tracce e ottimizzare il flusso di corrente.
Questa fase è importante perché non solo un buon posizionamento dei componenti non facilita lo sbroglio delle tracce, ma migliora anche la dissipazione del calore e riduce il rischio di interferenze elettromagnetiche (EMI).
Lo sbroglio delle tracce
Lo sbroglio delle tracce può essere considerato il cuore di tutte le fasi di questo processo. Ma cosa sono le tracce? Si tratta di connessioni elettriche che collegano i vari componenti sulla scheda.
Durante questa fase, è fondamentale seguire alcune regole per garantire la funzionalità e l’affidabilità del circuito, vediamo di seguito quali sono:
- larghezza: la larghezza delle tracce deve essere sufficiente per gestire la corrente che passerà all’interno senza surriscaldarsi. Esistono tabelle e calcolatori specifici per determinare quella ottimale in base alla corrente e alla temperatura;
- separazione: mantenere una distanza adeguata tra le tracce è possibile evitando cortocircuiti e interferenze. Nel dettaglio, le tracce che trasportano segnali ad alta velocità devono essere separate per minimizzare le interferenze e il crosstalk;
- percorsi di ritorno della corrente: questi devono essere ottimizzati per ridurre al minimo la resistenza e l’induttanza, specialmente nelle applicazioni ad alta frequenza;
- angoli delle tracce: è necessario evitare angoli a 90 gradi nelle tracce perché questi possono causare riflessioni del segnale e ridurne l’integrità. Gli angoli a 45 gradi sono preferibili per garantire un flusso del segnale più uniforme.
Altre fasi rilevanti per lo sbroglio dei circuiti stampati
Come già accennato, lo sbroglio delle tracce è spesso erroneamente considerato un compito semplice, ma i recenti requisiti di progettazione dicono il contrario, soprattutto perché sono davvero complessi rispetto a quelli precedenti, quando si parlava di componenti DIP TTL a bassa velocità.
Detto questo, è utile fare almeno un accenno a quelle che sono le altre fasi rilevanti dello sbroglio dei circuiti stampati oltre a quelle principali.
Se ci si trova di fronte a circuiti più complessi è possibile e utile utilizzare schede multistrato per ospitare tutte le tracce necessarie. Questo comporta una maggiore attenzione nella gestione dei diversi strati; ognuno di questi può essere dedicato a specifici tipi di segnali come, ad esempio, uno strato per il piano di massa, uno per l’alimentazione e molti altri.
È possibile dire che se da un lato la progettazione multistrato consente di ridurre le interferenze e migliorare l’integrità del segnale, dall’altro richiede una pianificazione accurata. È importante, infatti, assicurarsi che le connessioni tra diversi strati siano posizionate in modo da minimizzare la lunghezza dei percorsi di corrente e ridurre le perdite.
Una volta concluso lo sbroglio è necessario passare alla fase della verifica della correttezza del progetto che può essere considerato un vero e proprio check finale. I software di progettazione PCB offrono strumenti per il Design Rule Check (DRC), che controlla automaticamente se tutte le regole di progettazione sono state rispettate.
Oltre al DRC, è consigliabile eseguire una simulazione del circuito per analizzare il comportamento del segnale e individuare eventuali problemi di integrità o di EMI.
La simulazione può chiaramente essere utile per identificare possibili aree critiche che potrebbero richiedere un ulteriore intervento di ottimizzazione.
