COME SI SBROGLIA UN CIRCUITO STAMPATO
Lo sbroglio di un circuito stampato è critico in applicazioni analogiche ove è richiesta alta precisione, accuratezza nelle misurazioni ed affidabilità. Con alle spalle lunga esperienza, uno sbroglio manuale sorpassa la performance dello sbroglio automatico. Questo articolo si focalizza sullo sbroglio manuale di un PCB. Non si prendono in considerazione applicazioni a radio frequenza in quanto richiedono una complessa trattazione separata.
COSA SI INTENDE PER PCB O CIRCUITO STAMPATO
COSA SI INTENDE PER SBROGLIO DI UN PCB
Lo sbroglio di un PCB è la implementazione del posizionamento fisico dei componenti elettronici e di tutti i collegamenti dei terminali. Lo scopo finale è generare la documentaiozne necessaria per la produzione del circuito stampato. Sia lo sbroglio manuale che automatico non possono migliorare le prestazioni di un progetto elettronico scadente.
GUIDA ALLA PROGETTAZIONE SCHEDE ELETTRONICHE
Possono tuttavia emergere notevoli peggioramenti del comportamento elettrico e fisico con uno sbroglio errato. Prendiamo in considerazione una scheda BMS (Battery Management System). Uno sbroglio scorretto può deteriorare un ottimo progetto hardware e software.
Lo scopo fondamentale di un BMS è salvaguardare le batterie al Litio dai danneggiamenti dovuti alle continue cariche e scariche. Uno sbroglio errato del circuito determina seri problemi nel lungo termine. Le criticità includono problematiche climatiche, deriva della precisione, deriva della accuratezza, sensibilità al rumore elettrico, reset del processore, fenomeni che introducono guasti a catena delle batterie.
QUANDO USARE LO SBROGLIO DI UN PCB MANUALMENTE
Dal punto di vista elettrico, uno sbroglio manuale od automatico hanno lo stesso scopo: rendere vivo uno schema elettrico. I risultati migliori si ottengono usando uno sbroglio semiautomatico previa corretta impostazione del CAD. Nel caso di un BMS ad alte prestazioni, le seguenti argomentazioni sono critiche
-CORRENTI IN CIRCOLO
-PRECISIONE DELLE MISURE ELETTRICHE
-AFFATICAMENTO DELLE CONNESSIONI
-EFFETTI DI CAMPI ELETTROMAGNETICI
-CONDIZIONI CLIMATICHE AMBIENTALI
CORRENTI E TENSIONI IN CIRCOLO
Le correnti possono anche raggiungere centinaia di ampere. Ovviamente occorre ampia conoscenza degli spessori di rame, della larghezza delle piste e degli isolamenti. Questa esecuzione potrebbe essere gestita dal CAD con uno sbroglio automatico. Il CAD genera errori se si dimensiona erroneamente uno dei parametri. Lo sbroglio automatico ignora tuttavia problematiche causate da errato dimensionamento dei fori che ospitano le connessioni di potenza, ignora le probelmatiche dovute alle vibrazioni delle connessioni e l'invecchiamento causato dalle contiune variazioni termiche in fase di carica e scarica delle batterie. In questi casi, una correzione manuale della conformazione delle piste e dei pads aiuta a migliorare esponenzialmente i tempi di produzione della scheda e la affidabilità globale a lungo termine. Analizzare bene la disposizione dei componenti per favorire la tropicalizzazione manuale od automatica del PCB. Se, dopo le correzioni manuali, la tabella della verità del CAD segnala semaforo verde, avete ottenuto un buon traguardo.
PRECISIONE DELLE MISURE ELETTRICHE
Questa è certamente la problematica più complessa da risolvere. Certamente impostando correttamente un CAD avanzato come ALTIUM DESIGNER si potrebbe tentare un routiing automatico. In una seconda fase si potrebbe correggere manualmente, Tuttavia la impostazione 'corretta' del CAD richiede una enromià di tempo. Se il progettista ha profomnda esperienza,, lo sbroglio manuale è la soluzione ottimale. Ripetiamo che lo sbroglio manuale non risolve deficenze di progettazione. Nel caso di un BMS sono richieste precisioni dello 0,5%. Considerando la tenzione nominale di 4.2V (carica completa) di batterie al litio lo 0.5% significa 21mV. Ammettendo di usare la tecnica di OVERSAMPLING possiamo tenere l'errore intrinsico teorico di lettura nello 0.1%. Purtroppo un routing errato si è dimostrato generare inaccetabili errori del 2%: ben 84mV. Non da meno critica la lettura delle correnti. Se si lascia allo sbroglio automatico i punti di connessioni delle misure, si arrivano ad errori del 10%. Anche in questo caso solo una grossolana sbrogliatura automatica con adeguata correzione manuale offre risultati eccellenti.
DETERIORAMENTO DELLE CONNESSIONI
Il deterioramento delle connessioni è altamente critico nel lungo termine. Le vibrazioni trasmesse al circuito stampato e le continue dilatazioni e contrazioni delle saldature deteriorano la affidabilità a lungo termine. Questo fenomeno è sconosciuto allo sbroglio automatico che conosce solo il concetto di isolamento, portata di correte e correttezza della connessione. Occorre manualmente modificare il routing delle piste per equilibrare la dispersione del calore ed uniformare le vibrazioni. Molto importante inoltre è il compromesso della area di saldatura allo scopo di evitare che la dispersione di calore durante la saldatura non causi saldature "fredde" od incomplete. Al posto di partire con una pista da 5mm da un pad, considerare 3 piste da 2mm tra loro distanziate. Vedi la immagine seguente. Usare inoltre lo stesso pattern su le due facce del circuito stampato. Evitare le schede monofaccia.
EFFETTI DI CAMPI ELETTROMAGNETICI
CONDIZIONI CLIMATICHE AMBIENTALI
BERNINI DESIGN ITALIA SRL
PRODUZIONI ELETTRONICHE CIVILI ED INDUSTRIALI
ZONA IND. 46035
OSTIGLIA (MN)
IVA IT01453040204
TEL. 335 70 77 148
bernini@bernini-design.com