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Dal PCB Design alle nano-particelle, come si arriva a una grande scoperta

Questo caso esemplare di PCB Design è anche la storia di uno dei più grandi successi scientifici del secolo, ottenuto con il duro lavoro di tante persone tenaci e preparate e grazie all’uso di tecnologie potenti e sofisticate.

La storia completa comincia più di un secolo fa, nel 1913, quando, con le prime teorie sulla meccanica quantistica, furono gettate le basi per una delle più grandi rivoluzioni nel nostro modo di vedere il mondo. Assieme alla teoria della relatività di Albert Einstein, presentata nel 1905, la teoria dei quanti di Niels Bohr consentiva di descrivere i fenomeni naturali fondamentali in modo più realistico, rispetto alla fisica classica. In estrema sintesi, la meccanica quantistica – nata proprio allora - descrive la radiazione e la materia sia come fenomeno ondulatorio che come entità particellare. È l’opposto della meccanica classica, nella quale, ad esempio, la luce è descritta solo come un'onda o l'elettrone solo come una particella.

Tra Einstein e Bohr si sviluppò un dibattito divenuto leggendario, che in buona parte è stato risolto nella seconda metà degli anni ‘60, con l’elaborazione del Modello Standard, una teoria fisica che descrive le caratteristiche delle interazioni fondamentali all’interno della materia. Il Modello Standard aveva tra i suoi presupposti fondamentali il ruolo svolto dal bosone di Higgs, un tipo di particella che sta alla base di tutta la materia. Il bosone di Higgs, teorizzato nel 1964, è stato finalmente “visto” dal vivo, e dunque dimostrato, solo nel 2012, grazie agli esperimenti compiuti dall'acceleratore LHC del CERN di Ginevra. Scarica l’ebook su un esempio di successo di PCB Design per schede elettroniche complesse

Da Viareggio a Ginevra, alla ricerca dei segreti della materia

L’LHC del CERN è un acceleratore di particelle che ha un diametro di 27 Km e serve a investigare la struttura della materia su scala subnucleare, cioè a cercare risposte alle domande fondamentali sula realtà. Immaginatevi quanto possa essere sofisticata una macchina del genere! Ebbene, gran parte dell’apparecchiatura elettronica dell’LHC è stata realizzata dalla CAEN S.p.A. di Viareggio, in Toscana.

La CAEN, in quanto spin off dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è il fornitore di elettronica dei più importanti esperimenti che vengono compiuti in campo fisico. L’azienda fornisce da più di 40 anni le strumentazioni elettroniche più avanzate per i rilevatori di particelle o radiazioni. Forte di rapporti di collaborazione stretti con i laboratori di ricerca, CERN compreso, realizza gli strumenti per indagare fenomeni come la fisica dei neutrini o l’investigazione della materia oscura, ma anche per realizzare strumentazioni in ambito industriale.

Prodotti tipici di CAEN sono gli alimentatori ad alta e bassa tensione per gli esperimenti di fisica delle particelle e le apparecchiature per l’elaborazione numerica dei segnali. Tali dispositivi vengono realizzati grazie a un comparto R&D che è il punto di forza di questa azienda ed è composto da 40 tra fisici e ingegneri. L’R&D di CAEN è proprio quell’elemento che consente di mettere l’elettronica al servizio di una sperimentazione scientifica così avanzata come quella sulle nano particelle.

La necessità di tool di progettazione avanzati

L’altro requisito necessario alla realizzazione dei sofisticati dispositivi di CAEN è la disponibilità di tool di progettazione in grado di gestire schede elettroniche dalle caratteristiche molto spinte. “Quando il nostro team R&D ha cominciato a progettare schede ad alta velocità con memorie DDR4 e segnali fino a 8 Gigahertz” - raccontano i responsabili del progetto hardware in azienda - “non potevamo avere la conferma dal CAD che funzionassero correttamente. Inizialmente ci siamo rivolti a un service esterno che utilizzava HyperLynx, per integrare la simulazione nel flusso di progettazione”.

Il team R&D ha così introdotto PADS Professional in alcune postazioni, non essendo gli altri tool per il PCB Design in grado di gestire progetti di tale complessità, spiegando che: “Progettando con PADS Professional abbiamo potuto riscontrare un’interattività molto più veloce. Specialmente le dimensioni del progetto sono state la caratteristica che ha giustificato una scelta come quella di introdurre in azienda un nuovo tool. È stato necessario un investimento iniziale in formazione, giustificato dalla maggiore velocità di progettazione. In PADS Professional, ad esempio, le regole sono più semplici da impostare sul timing dell’alta velocità. Ma abbiamo notato delle differenze significative anche per quanto riguarda l’elaborazione dei piani diffusi e il routing”.

L'acceleratore LHC del Cern

Quando PADS Professional fa la differenza

Il caso di CAEN è particolarmente significativo per quanto riguarda le differenze tra i vari tool oggi disponibili sul mercato. Se ad esempio altri strumenti facilitano il primo approccio per la loro interfaccia user-friendly, quando il progetto si fa un po’ più complesso è decisamente più vantaggioso adottare un tool come PADS Professional. La possibilità di progettare più velocemente si traduce subito in costi minori e possibilità di arrivare prima sul mercato.

Dal punto di vista strettamente tecnico, il caso che abbiamo raccontato richiama quattro caratteristiche, in particolare, che rendono ineguagliabile PADS Professional.

  1. Il database integrato per progetto, che garantisce l’integrità e la continuità dei dati tra schematico e PCB e lungo tutto il flusso elettronico, tramite un interscambio dati di tipo sincrono.
  2. Il sistema di regole progettuali avanzato, che si basa su una struttura di impostazione delle regole fisiche ed elettriche basata su foglio elettronico e strutturata a livello di database. Ciò garantisce una totale aderenza alle problematiche di progettazione, tramite un’applicazione unica accessibile da tutto il flusso elettronico.
  3. La gestione del planner di piazzamento per gruppi logici, che consente di lavorare non più su ogni singolo componente, ma di pianificare il piazzamento dei PCB tramite le funzioni logiche di schematico.
  4. I simulatori di integrità di segnale pre e post-layout integrati, basati sulla tecnologia Mentor HyperLynx, riconosciuta a livello mondiale. Essa permette il controllo della qualità dei segnali sia in fase di specifica che di realizzazione del PCB, fino alle frequenze più alte oggi utilizzate.

Ecco dunque che si svela un piccolo segreto dietro una grande scoperta scientifica. Per raggiungere gli obiettivi più ambiziosi servono persone competenti, motivate e ricche di immaginazione. Ma anche tecnologie all’altezza. Per realizzarle, è necessario che tutto sia ai massimi livelli, a cominciare dal software utilizzato per la progettazione.

Scarica ebook storia di successo PCB DesignCAEN. Dal PCB Design alle nano-particelle, come si arriva a una grande scoperta

Il nostro eBook racconta la storia di un esempio di successo di PCB Design applicato a progetti complessi. Grazie a questo testo potrai saperne di più su:

  • come un piccolo team di progettazione può disporre di uno strumento software molto sofisticato ma semplice da usare;
  • come garantire l’integrità e la continuità dei dati tra schematico e PCB e lungo tutto il flusso elettronico;
  • come disporre di un sistema di regole progettuali avanzato e utilizzarlo al meglio;
  • come gestire un planner di piazzamento per gruppi logici;
  • come disporre di simulatori di integrità di segnale pre e post-layout integrati.

 

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