Integrità del segnale e compatibilità elettromagnetica per la progettazione dei circuiti stampati

I prodotti elettrici ed elettronici per essere messi in commercio devono soddisfare varie normative fra le quali quelle di compatibilità elettromagnetica (EMC). I problemi d’interferenza elettromagnetica (EMI) nascono dalle piastre a circuito stampato (PCB) con i loro componenti e cavi collegati. Scopo del corso è di fornire i criteri di progettazione delle PCB per la loro corretta funzionalità elettrica e per limitare le emissioni condotte (CE) e radiate (RE) in accordo con le relative normative EMC in vigore. I concetti base descritti sono anche molto utili per chi utilizza strumenti di Computer Aided Design (CAD) e di Electronic Design Automation (EDA) per progetto elettromagnetico di PCB e circuiti integrati. Il corso inizia con la descrizione dei concetti fondamentali per l’integrità dei segnali e alimentazioni (P&SI) ed emissioni (CE&RE).

Poiché in tutto questo i componenti digitali hanno un ruolo fondamentale, si analizzano le loro caratteristiche statiche e dinamiche e i relativi modelli per una simulazione comportamentale (modelli IBIS) mediante simulatori circuitali basati sullo SPICE. Nello studio dell’EMI nelle PCB, l’effetto dai parametri parassiti di tipo capacitivo e soprattutto induttivo è molto importante e per questa ragione viene introdotto e trattato il concetto di induttanza parziale. Si descrivono le cause di distorsione del segnale digitale causato da riflessioni e diafonia sulle linee segnale (Signal Integrity, SI) e si forniscono linee guida e modelli di simulazione circuitale (SPICE) per limitare questi disturbi. Per trasmissione dati molto veloce, nella regione dei Gb/sec, le perdite sulle piste e cavi diventano determinanti per la verifica della corretta trasmissione mediante diagramma a occhio, quindi s’introducono i concetti di perdite per effetto pelle, prossimità e dielettrico. Un altro aspetto molto importante trattato dal corso sono le tecniche di distribuzione delle masse e alimentazioni di piastra e i relativi filtraggi per il contenimento dei disturbi impulsivi causati dalle commutazioni dei componenti digitali (Power Integrity, PI). Sono anche indagate le risonanze di piastra e le tecniche di progetto per eliminarle (filtraggi, capacità sepolte, planar EBG, ecc.). Si forniscono indicazioni su come realizzare la struttura di piastre multistrato e su come piazzare i componenti in base al loro funzionamento:  analogici, digitali bassa e alta frequenza, potenza (PCB layout e stackup).

Sono anche trattati gli strumenti di misura per caratterizzare le piastre (Time Domain Reflectometry,TDR, Network Analyzer, NA ).

Si descrivono le principali caratteristiche della trasmissione differenziale usata su cavi di connessione e PCB ad alta velocità, le tecniche di terminazione linee e si descrivono i modelli circuitali delle discontinuità come vias, bend, piani tagliati, ecc che molto influiscono sull’integrità del segnale.

Si descrivono alcuni esempi di SI e PI applicati alle memorie DDR. La parte dei concetti fondamentali si completa con la descrizione dei principali meccanismi di emissione da PCB e cavi collegati e delle tecniche di progetto per il loro contenimento sotto i limiti richiesti dalle normative EMC. Si fanno cenni sulle prove di emissione da componenti per il settore automobilistico. Molti degli argomenti trattati sono illustrati con modelli SPICE, numerici 2/3D e misure sperimentali.

Il corso si concluderà con una giornata dedicata ad affrontare la progettazione dei circuiti stampati da un punto di vista del CAD con accenni alla creazione dei footprint dei componenti secondo normativa IPC 7351, alla definizione delle regole per un corretto piazzamento dei componenti e tracciamento delle interconnessioni con particolare riguardo alle regole orientate all’integrità’ del segnale. Verranno trattati i modelli IBIS con accenni alla struttura del modello e alla generazione/verifica dello stesso e si vedrà la “progettazione” dello stackup e dell’impatto che ha la scelta dei materiali sul calcolo delle impedenze e/o tempo di propagazione del segnale. In fine, si vedranno esempi di simulazioni di Signal e Power Integrity pre e post layout.

Il corso, svolto direttamente da esperti del settore,  è  rivolto a progettisti di piastre a circuito stampato,  utilizzatori di strumenti CAD e EDA  e  sistemisti di apparati e sistemi elettrici ed elettronici. Fornisce utili indicazioni anche ai tecnici che operano nell’ambito dei laboratori EMC  per le misure di emissione in accordo con le relative norme di prodotto.

Prima giornata

Ore 09.00 Registrazione e presentazione del corso

Ore 09.30 Inizio lavori 

• Introduzione alla Signal e Power Integrity (S&PI) e Emissioni da PCB
• Famiglie di componenti digitali e loro modelli comportamentali IBIS
• Induttanze di loop e parziali,  capacità di linea  
• Riflessioni su linee di segnale

Ore 13.00 ‐ 14.00 Pausa Pranzo

• Diafonia su linee di segnale
• Linee di trasmissione con perdite
• Power integrity (PI)

Ore 17.30 Conclusione della prima giornata

Seconda giornata

Ore 09.00 Inizio lavori

• Emissioni da PCB
• Grounding in PCB
• PCB layout and Stackup
• Strumenti di misura e relativi modelli

Ore 13.00 ‐ 14.00 Pausa Pranzo

• Trasmissione differenziale
• Modelli di discontinuità nelle PCB
• SI&PI per memorie DDR

Ore 17.30 Conclusione della seconda giornata

Terza giornata

Ore 09.00 Inizio lavori

• Cenni sugli strumenti CAD per la progettazione e simulazione di schede elettroniche
• La gestione dei footprint dei componenti
• I modelli IBIS: cosa sono, come e’ possibile costruirli e testarli

Ore 13.00 ‐ 14.00 Pausa Pranzo

• Progettazione dello Stackup
• Esempi di simulazioni di Signal e Power Integrity

Ore 17.30 Conclusione della terza giornata

Ing. Spartaco Caniggia - Esperto del comitato CT 210 del CEI, consulente S&PI e EMC

Ing. Pietro Vergine – Leading Edge, consulente CAD di SI&PI ed esperto di Signal Integrity

Le iscrizioni dovranno pervenire entro 7 giorni precedenti la data d’inizio del corso.

Iscrizioni posteriori a  questa data, saranno accettate subordinatamente alla  disponibilità dei posti.

Il corso verrà confermato via e-mail una settimana prima.

Il numero massimo di partecipanti è di 25 persone.

Il corso può essere fruito in modalità Aula (presso le aule del CEI in Via P.A. Saccardo 9, 20134 Milano) o in modalità Diretta Streaming (piattaforma Teams).

Al termine del corso (con una frequenza minima del 90% della durata del corso) verrà rilasciato l’attestato di partecipazione CEI e gli eventuali crediti richiesti.

Il corso dura tre giornate

Ad ogni partecipante al corso verrà consegnata, come dotazione personale, la seguente documentazione prodotta dal CEI:

• dispensa con i contributi dei relatori;
• esempi di sezione circuitale e numerica 2D/3D trattati durante il corso e raccolta articoli pubblicati

Per acquisti effettuati nel giorno del corso i  partecipanti potranno usufruire dello sconto riservato ai  Soci per l’acquisto di pubblicazioni e prodotti CEI.