Appunti di Tecnologie e Progettazione - classe terza

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pcb [2017/04/06 13:24] – [Piste] adminpcb [2020/09/27 16:55] (versione attuale) – [Collaudo] admin
Linea 7: Linea 7:
   * schematico, schema elettrico del circuito   * schematico, schema elettrico del circuito
   * layout, spazio dove collocare i componenti   * layout, spazio dove collocare i componenti
-  * master per fotoincisione+  * master, stampa per fotoincisione
  
-Circuito stampato: supporto in vetronite (FR4) su cui è depositato uno strato di rame; il circuito si ottiene asportando il rame in eccesso e lasciando solo le piste; poi, dopo la foratura del PCB si montano e saldano i componenti. Piste = "strade" sul piano di rame che devono essere disegnate+Circuito stampato: 
 +  * supporto in vetronite (FR4) su cui è depositato uno strato di rame 
 +  * il circuito si ottiene asportando il rame in eccesso e lasciando solo le piste (percorsi sul piano di rame che devono essere disegnate in fase di sbroglio) 
 +  * foratura del PCB in corrispondenza delle piazzole 
 +  * montaggio e saldatura dei componenti
  
 Tecnologie per realizzare il circuito stampato:  Tecnologie per realizzare il circuito stampato: 
-  * master e fotoimpressione; obsoleta, usata a scuola perché più semplice, meno costosa e più rapida (vedi questo [[https://vimeo.com/201761039|questo video]] che mostra come vengono realizzati i circuiti stampati a scuola)+  * master e fotoimpressione: è obsoleta ma usata a scuola perché più semplice, meno costosa e più rapida((vedi questo [[https://vimeo.com/201761039|questo video]] che mostra come vengono realizzati i circuiti stampati a scuola))
   * si fa produrre la scheda all'esterno inviando il file del progetto a una //fab// (azienda che produce schede elettroniche in serie e in maniera automatizzata); il prodotto è molto superiore ma i tempi si allungano e non è possibile produrre in maniera economica schede diverse per ogni studente   * si fa produrre la scheda all'esterno inviando il file del progetto a una //fab// (azienda che produce schede elettroniche in serie e in maniera automatizzata); il prodotto è molto superiore ma i tempi si allungano e non è possibile produrre in maniera economica schede diverse per ogni studente
  
-Quando disegnamo lo schema e posizioniamo i componenti dobbiamo associare ad ogni componente un **footprint** (impronta) che descrive fisicamente l'oggetto (contatti, dimensione). La stessa tipologia di componente può avere forme diverse e quindi footprint diversi.+Quando disegniamo lo schema e posizioniamo i componenti dobbiamo associare ad ogni componente un **footprint** (impronta) che descrive fisicamente l'oggetto (contatti, dimensione). La stessa tipologia di componente può avere forme diverse e quindi footprint diversi.
  
 Passaggi: Passaggi:
Linea 22: Linea 26:
     * viene generata una **netlist** che trasferiremo ad un altro software     * viene generata una **netlist** che trasferiremo ad un altro software
   * creo il layout   * creo il layout
-    * devo sapere come collegare tra loro i terminali (o piedini) dei vari componenti (i software che utilizziamo ci guidano in questa operazione mostrando con delle linee i collegamenti fare)+    * devo sapere come collegare tra loro i terminali (o piedini) dei vari componenti (i software che utilizziamo ci guidano in questa operazione mostrando con delle linee giuda i collegamenti fare)
  
 La scheda viene mostrata come un rettangolo con tutti i componenti disposti all'esterno su un lato; occorre posizionare i componenti. La disposizione rispecchierà la forma effettiva del circuito stampato ed è fondamentale; è importante considerare l'ingombro, la possibilità di collegare facilmente i componenti e di testare la scheda. La scheda viene mostrata come un rettangolo con tutti i componenti disposti all'esterno su un lato; occorre posizionare i componenti. La disposizione rispecchierà la forma effettiva del circuito stampato ed è fondamentale; è importante considerare l'ingombro, la possibilità di collegare facilmente i componenti e di testare la scheda.
  
-Fattori da considerare: +Fattori che incidono sul costo: 
-  * costo +  * numero e da tipo dei componenti 
-  * tecnologia (single layer, o layer multiplo)+  * dimensioni del PCB 
 +  * tecnologia SMD o THT 
 +  * PCB single layer o layer multiplo
  
 Definizioni: Definizioni:
-  * **single layer**: tutti i componenti sullo stesso lato della scheda  +  * **single layer**: tutti i componenti sullo stesso lato della scheda e rame (tutte le piste) sul lato opposto 
-  * **sbroglio**: realizzare i collegamenti sul circuito stampato senza incrociare le piste (se non è possibile evitare incroci su un solo layer si usano più strati e delle **vie** per collegarli)+  * **sbroglio**: realizzare i collegamenti sul circuito stampato senza incrociare le piste (se non è possibile evitare incroci su un solo layer si usano più strati/layer e delle **vie** per collegarli
  
 /* /*
Linea 73: Linea 79:
   * la sigla **PCB** sta per //printed circuit board// cioè circuito stampato   * la sigla **PCB** sta per //printed circuit board// cioè circuito stampato
   * lo **schematico** è una rappresentazione semplificata del circuito che mette in evidenza i componenti e le loro connessioni; studiando lo schematico è facile comprendere il funzionamento del circuito   * lo **schematico** è una rappresentazione semplificata del circuito che mette in evidenza i componenti e le loro connessioni; studiando lo schematico è facile comprendere il funzionamento del circuito
-  * il **layout** rappresenta il circuito stampato vero e proprio e tiene conto delle dimensioni effettive dei componenti e del tracciato delle piste; il layout mostra l'aspetto che avrà il circuito stampato una volta realizzato+  * il **layout** rappresenta il circuito stampato vero e proprio e tiene conto delle dimensioni effettive dei componenti, del loro posizionamento e del tracciato delle piste; il layout mostra l'aspetto che avrà il circuito stampato una volta realizzato
   * il **footprint** di un componente è la descrizione fisica del componente che indica dimensioni, posizione e numerazione dei morsetti, ecc. (NB lo stesso tipo di componente può essere prodotto con footprint diversi)   * il **footprint** di un componente è la descrizione fisica del componente che indica dimensioni, posizione e numerazione dei morsetti, ecc. (NB lo stesso tipo di componente può essere prodotto con footprint diversi)
  
Linea 88: Linea 94:
     * una //label// descrittiva opzionale     * una //label// descrittiva opzionale
     * un //value// col valore del componente (ad esempio ''1kΩ'' per un resistore o ''LM7805'' per un regolatore di tensione)     * un //value// col valore del componente (ad esempio ''1kΩ'' per un resistore o ''LM7805'' per un regolatore di tensione)
-Il footprint può essere associato quando si seleziona il componente dal database (in basso a destra nella finestra) o successivamente. Nel primo caso può capitare che il footprint che serve non sia indicato; in questo caso si piazza il componente e si cambia il footprint successivamente. Per cambiare il footprint di un componente si seleziona ''Edit footprint'' dalla scheda ''Value'' nelle ''Proprietà'' del componente. Per trovare velocemente un footprint tra i tantissimi a disposizione conviene ordinarli alfabeticamente((cliccare sulla voce corrispondente nell'intestazione della tabella)) o usare i filtri per restringere il campo dei possibili valori((per definire i criteri del filtro aggiungere delle righe (//row//) con le regole desiderate)).+Il footprint può essere associato quando si seleziona il componente dal database (in basso a destra nella finestra) per inserirlo nello schematico o successivamente. Nel primo caso può capitare che il footprint che serve non sia disponibile; in questo caso si piazza il componente e si cambia il footprint successivamente. Per cambiare il footprint di un componente si seleziona ''Edit footprint'' dalla scheda ''Value'' nelle ''Proprietà'' del componente. Per trovare velocemente un footprint tra i tantissimi a disposizione conviene ordinarli alfabeticamente((cliccare sulla voce corrispondente nell'intestazione della tabella)) o usare i filtri per restringere il campo dei possibili valori((per definire i criteri del filtro aggiungere delle righe (//row//) con le regole desiderate)).
  
 ==== Le net e la netlist ==== ==== Le net e la netlist ====
  
-In Multisim le connessioni tra i vari componenti sono dette **net**. Ogni connessione ha un nome ed è possibile visualizzarlo selezionando ''Net Names|Show All'' nella scheda Circuit delle proprietà dello schematico)((nella stessa scheda si può scegliere se visualizzare le //RefDes//, le //label// e molto altro)). Il nome delle //net// è un numero progressivo assegnato automaticamente; se si vuole utilizzare un nome diverso e più significativo (ad esempio ''GND'' o ''5V'') occorre indicarlo nel campo ''Preferred net name'' delle ''Proprietà'' delle connessioni.+In Multisim i collegamenti tra i vari componenti sono dette **net**. Ogni collegamento ha un nome ed è possibile visualizzarlo selezionando ''Net Names|Show All'' nella scheda Circuit delle proprietà dello schematico((nella stessa scheda si può scegliere se visualizzare le //RefDes//, le //label// e molto altro)) o dalle proprietà del collegamento. Il nome delle //net// è un numero progressivo assegnato automaticamente; se si vuole utilizzare un nome diverso e più significativo (ad esempio ''GND'' o ''5V'') occorre indicarlo nel campo ''Preferred net name'' delle ''Proprietà'' del collegamento.
  
 La **netlist** è una lista che elenca il nome delle connessioni e dei morsetti dei componenti ad esse collegati. La **netlist** è una lista che elenca il nome delle connessioni e dei morsetti dei componenti ad esse collegati.
Linea 107: Linea 113:
   * fare le correzioni necessarie   * fare le correzioni necessarie
   * generare una nuova netlist che corregge quella in uso su Ultiboard scegliendo la voce ''Forward Annotate to Ultiboard'' dal menu ''Transfer'' di Multisim   * generare una nuova netlist che corregge quella in uso su Ultiboard scegliendo la voce ''Forward Annotate to Ultiboard'' dal menu ''Transfer'' di Multisim
-Questa procedura si chiama **forward annotation**.+Questa procedura si chiama **forward annotation**((esiste anche una backward annotation che riporta le modifiche fatte in Ultiboard sul file di Multisim)).
  
 Quando questo non è possibile o non funziona si può corregge la netlist in Ultiboard con lo strumento ''Netlist Editor''. Quando questo non è possibile o non funziona si può corregge la netlist in Ultiboard con lo strumento ''Netlist Editor''.
Linea 119: Linea 125:
   * la stesura delle **piste** (//tracks//), i conduttori che collegano i componenti   * la stesura delle **piste** (//tracks//), i conduttori che collegano i componenti
  
-Il prodotto finale sarà una file (o uno stampato, il **master**) che servirà per la realizzazione fisica della scheda. Il circuito, cioè il tracciato con le piste e le **piazzole** (//pads//) per saldare i componenti, sarà ricavato con un processo fotochimico((fotoimpressione della maschera del circuito con un bromografo seguita da uno sviluppo in acido)) asportando il rame che inizialmente ricopre completamente la scheda.+Il prodotto finale sarà un file (o uno stampato, il **master**) che servirà per la realizzazione fisica della scheda. Il circuito, cioè il tracciato con le piste e le **piazzole** (//pads//) per saldare i componenti, sarà ricavato con un processo fotochimico((fotoimpressione della maschera del circuito con un bromografo seguita da uno sviluppo in acido)) asportando il rame che inizialmente ricopre completamente la scheda.
  
 ==== Dimensioni, tecnologia e unità di misura ==== ==== Dimensioni, tecnologia e unità di misura ====
Linea 130: Linea 136:
   * nella finestra ''PCB Proporties'' (menu ''Edit'')    * nella finestra ''PCB Proporties'' (menu ''Edit'') 
 La dimensione e forma della scheda può essere modificata: La dimensione e forma della scheda può essere modificata:
-  * selezionandola e spostandone i vertici (il pulsante dei filtri ''Enable Selecting Other Parts'' deve essere schiacciato((è l'ultimo a destra tra quelli a forma di imbuto nella barra degli strumenti)) ) o agendo impostando posizione e dimensioni nelle proprietà+  * selezionandola e spostandone i vertici (il pulsante dei filtri ''Enable Selecting Other Parts'' deve essere schiacciato((è l'ultimo a destra tra quelli a forma di imbuto nella barra degli strumenti)) ) o impostando posizione e dimensioni nelle proprietà
   * tracciandone una nuova con ''Place''|''Line'' con il layer ''Board Outline'' selezionato   * tracciandone una nuova con ''Place''|''Line'' con il layer ''Board Outline'' selezionato
  
Linea 149: Linea 155:
  
 Nella barra degli strumenti troviamo: Nella barra degli strumenti troviamo:
-  * una serie di filtri (pulsanti a forma di imbuto) che permettono o meno di selezionare diverse tipologie di elementi del layout (componenti, tracce, piazzole, ecc.)+  * una serie di filtri (pulsanti a forma di imbuto) che permettono di selezionare solo alcune tipologie di elementi del layout (componenti, tracce, piazzole, ecc.)
   * un selettore a tendina per il layer e uno per la larghezza (//width//) delle piste (//track//)   * un selettore a tendina per il layer e uno per la larghezza (//width//) delle piste (//track//)
   * il pulsante ''Place part from database'' per piazzare un componente nel layout   * il pulsante ''Place part from database'' per piazzare un componente nel layout
Linea 174: Linea 180:
 ==== Piste ==== ==== Piste ====
  
-A questo punto bisogna collegare le piazzole dove saranno saldati i piedini/reofori dei componenti con delle piste (//tracks//). Le **piazzole** (//pads//) hanno una forma circolare o quadrata((quando è importante identificare il verso di un componente o il primo dei piedini)) e un foro al centro dove la scheda sarà forata col trapano per permettere l'inserimento di piedini e reofori dei componenti a foro passante. Le piste si disegnano utilizzando lo strumento ''Place Line'' cliccando sulle piazzole (o in un punto qualsiasi per cambiare direzione) e premendo ''Esc'' per terminare la traccia. Le piazzole da collegare sono indicate dalle guide di colore giallo.+A questo punto bisogna collegare le piazzole dove saranno saldati i piedini/reofori dei componenti con delle piste (//tracks//). Le **piazzole** (//pads//) hanno una forma circolare o quadrata((quando è importante identificare il verso di un componente o il primo dei piedini)) e un foro al centro dove la scheda sarà forata col trapano per permettere l'inserimento di piedini e reofori dei componenti a foro passante. Le piste si disegnano utilizzando lo strumento ''Place Line'' cliccando sulle piazzole (o in un punto qualsiasi per cambiare direzione) e premendo ''Esc'' per terminare la traccia. Le piazzole da collegare sono indicate dalle guide di colore giallo dette //ratsnest//.
  
 Prima di disegnare una linea bisogna selezionare un **layer** (livello) e una larghezza (//width//) per la traccia. I layer permettono di scegliere dove sarà disposto un elemento del layout. Sono particolarmente importanti: Prima di disegnare una linea bisogna selezionare un **layer** (livello) e una larghezza (//width//) per la traccia. I layer permettono di scegliere dove sarà disposto un elemento del layout. Sono particolarmente importanti:
Linea 182: Linea 188:
   * il layer ''board outline'' per la dimensione/forma della scheda   * il layer ''board outline'' per la dimensione/forma della scheda
  
-Se il circuito può essere realizzato su una scheda a singolo strato  
 Nei progetti più semplici, posizionando opportunamente i componenti ed evitando incroci tra tracce, si può ottenere uno sbroglio che permetta la realizzazione di un PC a singolo strato. Quando questo non è possibile si ricorre alle **vie** (//vias//), fori metallizzati che collegano lo strato superiore e quello inferiore. Ultiboard prevede sempre che la scheda sia a due facce ma si può impedire di usare uno dei due layer dalle opzioni del PCB (//Options|PCB properties//) disabilitando il //routing// su uno dei due layer (scheda //Copper layers|Allow routing|Properties// e togliendo la spunta)((La stessa operazione si può fare dalla spreadsheet view nella scheda //Copper layers//)). Questa impostazione è utile (ma non indispensabile) quando si realizza una scheda a singolo strato per evitare che il programma passi da un layer ad un altro ad esempio quando si riposiziona un componente già collegato a una pista. Nei progetti più semplici, posizionando opportunamente i componenti ed evitando incroci tra tracce, si può ottenere uno sbroglio che permetta la realizzazione di un PC a singolo strato. Quando questo non è possibile si ricorre alle **vie** (//vias//), fori metallizzati che collegano lo strato superiore e quello inferiore. Ultiboard prevede sempre che la scheda sia a due facce ma si può impedire di usare uno dei due layer dalle opzioni del PCB (//Options|PCB properties//) disabilitando il //routing// su uno dei due layer (scheda //Copper layers|Allow routing|Properties// e togliendo la spunta)((La stessa operazione si può fare dalla spreadsheet view nella scheda //Copper layers//)). Questa impostazione è utile (ma non indispensabile) quando si realizza una scheda a singolo strato per evitare che il programma passi da un layer ad un altro ad esempio quando si riposiziona un componente già collegato a una pista.
  
Linea 194: Linea 199:
  
 Per terminare il layout: Per terminare il layout:
-  * disegnare un **piano di massa** (//power plane//) con lo strumento //Polygon// e assegnarlo alla net ''GND'' +  * disegnare un **piano di massa** (//power plane//) con //Place|Power plane// o con lo strumento //Polygon// e poi assegnarlo alla net ''GND'' 
-  * verifiche la correttezza del layout con gli strumenti ''Connectivity Check'' e ''DRC'' del menu ''Design''; eventuali errori sono segnalati nella finestra in basso (//Spreadsheet Window//) ed evidenziati nel layout con dei cerchi rossi +  * verificare la correttezza del layout con gli strumenti ''Connectivity Check'' e ''DRC'' del menu ''Design''; eventuali errori sono segnalati nella finestra in basso (//Spreadsheet Window//) ed evidenziati nel layout con dei cerchi rossi 
-  * stampare il master+  * stampare il master sempre con fattore di scala 100%
   * controllare che le piazzole rispettino i criteri dettati dalla tecnologia di produzione scelta (ad esempio foro da 0,8 mm e diametro 2 mm)   * controllare che le piazzole rispettino i criteri dettati dalla tecnologia di produzione scelta (ad esempio foro da 0,8 mm e diametro 2 mm)
   * controllare che le //clearance// siano rispettate, in particolare per le alimentazioni (ad esempio Vcc e GND devono essere opportunamente distanziate per evitare cortocircuiti)   * controllare che le //clearance// siano rispettate, in particolare per le alimentazioni (ad esempio Vcc e GND devono essere opportunamente distanziate per evitare cortocircuiti)
  
-Il piano di massa si chiama così perché nelle schede multistrato si usano interi strati solo per GND e alimentazione e può essere creato anche in maniera automatica((con lo strumento ''Place|Power Plane'' ma bisogna impostare delle regole)). E' presente in quasi tutti i circuiti stampati e serve a:+Il piano di massa si chiama così perché nelle schede multistrato si usano interi strati solo per GND e alimentazione e può essere creato anche in maniera automatica((con lo strumento ''Place|Power Plane'' e aggiustando la //clearance// nelle sue proprietà)). E' presente in quasi tutti i circuiti stampati e serve a:
   * facilitare il collegamento a massa dei vari componenti e ridurre la lunghezza di questi collegamenti   * facilitare il collegamento a massa dei vari componenti e ridurre la lunghezza di questi collegamenti
   * ridurre i disturbi ed evitare l'effetto antenna delle piste   * ridurre i disturbi ed evitare l'effetto antenna delle piste
Linea 214: Linea 219:
   * dimensione piazzole: diametro 2 mm e foro da 0,6 ÷ 0,8 mm   * dimensione piazzole: diametro 2 mm e foro da 0,6 ÷ 0,8 mm
  
-==== Collaudo ====+==== Collaudo PCB ====
  
-La linea guida è: dubitare di tutto. Non avere fretta, bisogna esserer pazienti, precisi e metodici.+Il collaudo del PCB si fa con una prima ispezione visiva per individuare eventuali piste interrotte o cortocircuiti dovuti alla mancata asportazione di rame. Poi si procede col un test di continuità tra tra le piazzole, con particolare riguardo per quelle di alimentazione. 
 + 
 +A questo punto si può procedere all'assemblaggio facendo particolare attenzione al corretto posizionamento dei vari componenti (nelle schede prodotte a scuola non c'è il silkscreen che indica il nome del componente) facendo particolare attenzione alla polarità (diodi, LED, condensatori elettrolitici, integrati, ecc.). Conviene sempre montare prima i componenti bassi e poi quelli più alti. Batterie e integrati si inseriranno solo ad assemblaggio terminato.
  
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Linea 246: Linea 253:
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-FIXME procedura collaudo+
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