PCB Sign-Off for Industrial Applications ​

As PCB signoff plays a critical role in the design of new boards, EMC related problems need to be answered in an effective and quick manner in order to reduce the possibilities of malfunctioning or delays in the manufacturing of new products. The development of new simulation tools for design rule checking analysis provides not just an efficient way to resolve these problems, but also a mean that can lead to an overall improvement in the whole design of the boards. The present thesis aims to provide some board validation, or signoff, methods that will help in preventing errors in the PCB layout and in testing its robustness. This will be achieved by using the HyperLynx DRC simulation tool by Siemens on two case studies of two controllers used in heating, ventilation, air conditioning and refrigeration applications. The thesis starts with a brief introduction to a design rule checker tool named HyperLynx developed by Siemens. Its functions and characteristics are explained in order to provide a more precise comprehension of the results that were obtained. It is also explained why this particular software was preferred over its competition. The valuable application of the Signal and Power Integrity literature resulted in a choice of the parametrization of the DRC rules inside of Hyperlynx. The main goal is to find a logic that justifies the adoption of specific parameters and to find the application limits of the rules of the software. The results obtained are presented in an item-rules summary that links the rules with groups of components or nets. The research then focuses on the case studies of the two controllers. It will be explained the main issues that affect them, as well as the solutions that were used by the company to mitigate these problems. Found solutions are assessed using the DRC tool in order to understand whereas they have been effective. HyperLynx will also be used to detect experienced before failures or to identify new possible ones. Specific instances, like the values of the output capacitor of a low drop-out regulator circuit or the return path for a reset pin, are tested more in detail. For the latter, a comparison between the outcome of the analysis between two versions of the controller is presented. The thesis work enabled the company to test the effectiveness of the solutions that were implemented. It is also provided different approaches to obtain a more effective board validation and to help to find new possible problems. The results of the analysis of the case studies will contribute to the company new methods to improve the board validation process and new ways to answer possible EMC problems not only in the two specific case studies, but also considering a broader layout perspective. The items-rules summary will also help the company to expedite and enhance the board validation process for future products.

Dal momento che il processo di signoff ricopre un ruolo critico nel design di nuove board, è necessario rispondere ai relativi problemi di compatibilità elettromagnetica in maniera rapida ed efficace al fine di ridurre le possibilità sia di malfunzionamento sia di delay nella fabbricazione di nuovi prodotti. Lo sviluppo di nuovi tool di simulazione per l’analisi di design rule checking fornisce non solo un modo efficiente di rispondere a questi problemi, ma anche un mezzo che può portare a un miglioramento complessivo nel design delle board. L’obiettivo di questa tesi è quello di offrire dei metodi di board validation o board signoff che possano aiutare a prevenire errori nel layout del PCB e a testare la sua robustezza. A questo scopo, viene utilizzato il software di simulazione DRC HyperLynx di Siemens su due casi di studio di controllori usati in applicazioni heating, ventilation, air conditioning and refrigeration. La ricerca inizia con una breve introduzione al software per il design rule checking chiamato HyperLynx, le cui funzioni e caratteristiche vengono spiegate in maniera di fornire una comprensione più precisa dei risultati ottenuti. Viene inoltre spiegato il motivo per cui è stato preferito questo strumento rispetto alla sua competizione. L’applicazione della letteratura di Signal and Power Integrity ha portato a un specifico modo di parametrizzazione delle regole per l’analisi DRC interne ad HyperLynx. L’obiettivo principale di questa sezione è quello di trovare un razionale che giustifichi l’adozione di specifici parametri e quindi di ricavare i limiti applicativi delle regole. I risultati ottenuti sono presentati anche in un sommario oggetto-regola che si occupa di collegare le regole a gruppi di elementi. La ricerca si concentra poi sui casi di studio dei due controllori. Sono esposti i problemi principali che li hanno afflitti e le soluzioni adottate dell’azienda. Queste soluzioni sono quindi valutate utilizzando il software DRC per comprendere la loro efficacia. HyperLynx viene poi adoperato per individuare possibili problemi non accertati oltre a quelli già riscontrati. Alcune problematiche specifiche, quali il return path di un pin di reset o il valore del condensatore di uscita di un regolatore low drop-out, vengono analizzate più nel dettaglio e, nel primo caso di studio, viene presentato anche un confronto fra due versioni del controllore. Il risultato di questa ricerca ha permesso all’azienda di valutare l’efficacia delle soluzioni attuate. Vengono quindi forniti approcci differenti che possono portare a una validazione più efficace della board o all’individuazione di possibili problemi. I risultati dell’analisi di questi casi di studio presentano quindi all’azienda nuovi metodi per migliorare il processo di signoff e per rispondere a possibili problemi di EMC non solo nei due casi di studio, ma anche considerando una visione più ampia dei layout. Il sommario oggetto-regola potrà anche aiutare a velocizzare e a migliorare il processo di board validation per prodotti futuri.