Una volta progettato lo schema a blocchi funzionale del sistema si è proceduto alla selezione dei componenti; anche questa fase riveste un ruolo essenziale per la realizzazione di un sistema che deve risultare affidabile ed efficiente sotto molteplici punti di vista.
La filosofia utilizzata per la scelta dei componenti sarà diversa per ogni dispositivo a seconda della funzione svolta, delle caratteristiche principali del sistema e delle particolari specifiche richieste dal progetto in esame (ad esempio frequenza di
funzionamento, velocità, accuratezza); nello stesso tempo però saranno seguiti alcuni criteri di scelta comuni a tutti i dispositivi.
Innanzitutto ogni componente dovrà rispondere in modo preciso ad alcune particolari specifiche di progetto mentre dovrà risultare molto flessibile nella scelta di altri parametri in modo che il sistema complessivo possa adattarsi alle diverse applicazioni in modo piuttosto semplice e veloce. Tutti i dispositivi utilizzati dovranno essere ovviamente compatibili tra loro in termini di frequenze di funzionamento e di comunicazione, livelli di tensione e famiglia logica dei circuiti digitali; se uno solo di questi requisiti non viene rispettato può essere causato il malfunzionamento dell’intero sistema.
Altri criteri che si seguono nella scelta dei dispositivi sono: il minimo consumo di potenza che permette un risparmio in termini di corrente di alimentazione ed è anche correlato a problemi termici; il minimo numero di pin (piedini) dei circuiti integrati che permette di ridurre le dimensioni delle schede ed il numero di connessioni elettriche che devono essere tracciate sulla PCB, semplificando così la successiva fase di sbroglio del circuito.
Particolare attenzione deve infine essere prestata al package dei componenti utilizzati, ovvero alla loro tecnologia di fabbricazione; questa infatti può notevolmente influenzare le prestazioni dei dispositivi in termini di EMC. I diversi tipi di package dei componenti elettronici possono essere divisi in due categorie principali: through-hole (TH) e a montaggio superficiale (definito con gli acronimi SMT: Surface Mount Technology o SMD: Surface Mount Device). Nella Fig 3.5 vengono messe a confronto le tipologie through-hole (a sinistra) ed SMD (a destra); per uno stesso componente il formato SMD consente una riduzione degli ingombri.
I componenti through-hole sono sul mercato da molti anni e prevedono il montaggio su un lato della scheda e la saldatura sul lato opposto; per il posizionamento delle piazzole (pad) che rappresentano i contatti del componente, la scheda viene quindi perforata da parte a parte escludendo così la possibilità di collocare i componenti su entrambe le facce esterne della PCB. Questi componenti inoltre, contenendo del piombo, presentano effetti parassiti, specialmente alle alte frequenze.
Fig. 3.5: Componente in versione through-hole ed SMD
I componenti SMD invece vengono montati e saldati sullo stesso lato della scheda e possono quindi essere posizionati su entrambi gli strati esterni (top e bottom layer) della PCB, permettendo così la realizzazione di sistemi ad elevata densità di componenti. Rispetto alla tecnologia through-hole, si ottengono inoltre numerosi altri vantaggi: il processo automatico di montaggio e saldatura (tramite le apposite macchine “pick and place”) è più veloce; i componenti SMD hanno dimensioni fisiche minori, costi minori e minori effetti parassiti (indesiderabili). L’uso di componenti SMD non richiede apparecchiature speciali e costose, né particolari abilità o preparazione; è sufficiente avere una mano ferma, fare esperienza e utilizzare un paio di pinzette ed eventualmente (per componenti particolarmente piccoli) una lente di ingrandimento.
I principali formati SMD per i componenti passivi (resistenze, condensatori e induttanze) sono tre e le loro sigle si riferiscono alle dimensioni (lunghezza e larghezza) espresse in sottomultipli di inch: 0603, 0805 e 1206. Agli inizi della tecnologia SMD, il formato 1206 era quello più utilizzato, poi, con lo sviluppo di macchine “pick and place” sempre più veloci ed efficienti, i formati più piccoli hanno preso sempre più piede. Nella scelta del formato SMD deve sempre essere raggiunto un compromesso tra dimensioni, costo e difficoltà di utilizzo; componenti più piccoli consentono di ottenere schede ad elevata densità di componenti, ma sono più difficili da maneggiare e saldare. Per applicazioni ad elevata densità di componenti si utilizzerà quindi il formato 0603; se il criterio più importante è il costo si utilizzerà il formato 0805 che, essendo diventato uno standard, è il più economico; il formato 1206 viene utilizzato in applicazioni dove dissipazione di potenza e calore e realizzabilità sono gli aspetti principali.
I componenti SMD vengono sempre più utilizzati al posto dei corrispettivi al piombo, tanto che ormai alcuni moderni dispositivi sono disponibili solo nel package SMD. Gli SMD sono preferiti ai through-hole ad esempio quando il valore dei componenti può cambiare a seconda della specifica applicazione perché sono veloci da saldare e
dissaldare ed è facile realizzare le connessioni serie e parallelo; oppure dove vengono usati segnali RF (a radio frequenza) perché è più semplice prevedere le caratteristiche dei componenti, non avendo addizionali induttanze parassite; o ancora dove lo spazio per il posizionamento dei componenti è limitato o dove i fori (drilling hole) sono un problema.
Inoltre, anche l’assegnazione dei pin di un circuito integrato (IC: Integrated
Circuit) può incidere sulle performance EMC del dispositivo; nell’ottica della
minimizzazione delle lunghezze delle tracce e quindi dell’induttanza del collegamento tra pin e substrato, sono preferibili IC con i pin di alimentazione e massa (VCC e GND) posizionati al centro del package. Se inoltre i pin VCC e GND sono vicini tra loro, il posizionamento dei condensatori di decoupling (disaccoppiamento dell’alimentazione – Paragrafo 3.8) risulta più semplice ed efficace perché viene minimizzato il percorso (andata e ritorno) della corrente.