Alta velocidad Diseño de PCB fabrica placas de circuito impreso (PCB) que funcionan a altas velocidades, generalmente cientos de megahercios o gigahercios. Para asegurarse de que el plan funcione bien en estas frecuencias, hay algunas cosas a considerar. En este blog, discutiremos aspectos importantes a tener en cuenta al fabricar PCB de alta velocidad.
Apilamiento de capas El rendimiento de alta velocidad de una PCB depende de cómo se apilan sus capas. Un buen apilamiento de capas garantiza que la calidad de la señal sea óptima y que los problemas de interferencia electromagnética (EMI) sean mínimos.
Ancho de trazo y espaciado:
El ancho y el espaciado de las pistas deben elegirse cuidadosamente para reducir las pérdidas y cumplir con las impedancias. Los anchos de las pistas deben ser lo suficientemente grandes para transportar la cantidad necesaria de energía mientras se mantiene la impedancia bajo control.
Control de impedancia: las señales de alta velocidad necesitan un control de impedancia preciso para reducir los reflejos de la señal y mantener la pureza de la señal. Los diseñadores deben usar herramientas de impedancia para elegir los anchos y espesores correctos para las trazas y los dieléctricos para obtener la impedancia correcta.
Es importante controlar la impedancia cuando se fabrican placas de circuito impreso (PCB) para usos de alta velocidad. El control de impedancia es, en pocas palabras, cómo se gestionan la resistencia, la capacitancia y la inductancia de las líneas en la PCB para garantizar que las señales se propaguen rápida y correctamente.
Es especialmente importante en los sistemas digitales de alta velocidad, donde los tiempos de subida de la señal son muy rápidos y donde los efectos de los reflejos de la señal, la diafonía y el ruido pueden ser muy grandes.
¿Por qué la impedancia de PCB es importante en PCB?
La impedancia es una forma de medir qué tan difícil es para la electricidad moverse. En una traza de PCB, la impedancia se decide por el tamaño de la traza, su posición en relación con el plano de referencia (normalmente un plano de tierra), la constante dieléctrica del material de la PCB y la frecuencia de la señal.
Por lo general, la impedancia de una traza se da en ohmios (), y es importante mantener la misma impedancia a lo largo de la traza para evitar reflejos de señal y diafonía.
Cuando una señal se encuentra con un cambio en la resistencia a lo largo de su camino, como al final de un rastro o una visa, la señal se recupera. Cuando una señal experimenta un cambio de impedancia, parte de su energía se envía de regreso a su fuente. Esto puede interferir con otras señales en el mismo rastro o empeorar la calidad de la señal. Para mantener los ecos de la señal al mínimo, la impedancia de la traza debe permanecer igual a lo largo de su longitud.
Por el contrario, Crosstalk ocurre cuando el acoplamiento electromagnético hace que dos señales en pistas cercanas interfieran entre sí. Cuando una señal en un trazo cambia rápidamente, un campo eléctrico puede causar un voltaje en el trazo contiguo.
Esto puede provocar errores en las señales y reducir la calificación de las señales en su conjunto. Para mantener la diafonía al mínimo, mantenga la misma distancia entre las pistas y use pistas de protección o aislamiento para reducir el acoplamiento electromagnético.
En el diseño de PCB, hay varias formas de controlar la impedancia. Una forma es usar calculadoras de impedancia o solucionadores de campo para calcular el ancho de la traza, el espaciado y el grosor de la capa necesarios para obtener la impedancia deseada.
¿Cómo controlar la impedancia en PCB?
Un método popular es usar trazas de impedancia controlada con un cierto valor de impedancia. La mayoría de las veces, los trazos de impedancia controlada se hacen utilizando un cierto ancho y espaciado para los trazos y cambiando el grosor de la capa aislante entre la señal y los planos de tierra.
La señalización diferencial, a menudo utilizada en diseños digitales de alta velocidad, es otra forma de controlar la resistencia. En la señalización diferencial, una señal y su opuesto se envían en dos líneas con una cierta cantidad de espacio entre ellas. La señal de diferencia tiene un cambio de voltaje más bajo, lo que hace que el ruido y la interferencia sean un problema menor.
Recuerde que controlar la impedancia no se trata solo de garantizar que el número de impedancia permanezca igual. También significa garantizar que el valor de la impedancia se ajuste a las necesidades del sistema, que pueden cambiar según la frecuencia y el tipo de señal.
Por ejemplo, las señales de alta frecuencia pueden necesitar una impedancia más baja para reducir la pérdida de señal, mientras que las señales de baja frecuencia pueden necesitar una impedancia más alta para reducir el ruido.
En conclusión, controlar la impedancia es una parte importante del diseño de PCB para usos de alta velocidad. Significa cuidar la resistencia, la capacitancia y la inductancia de las trazas de PCB para garantizar que los mensajes viajen rápidamente y no se estropeen. El control de impedancia ayuda a garantizar que los sistemas digitales de alta velocidad funcionen bien al reducir los ecos de señal, la diafonía y el ruido.
El control de la impedancia se puede realizar de varias maneras, como usar trazas de impedancia controlada, señales diferenciales o calculadoras de impedancia. Al incluir el control de impedancia en sus diseños de PCB, los diseñadores deben pensar detenidamente en lo que necesita el sistema y los resultados.
Pares que son diferentes:
Los sistemas de alta velocidad suelen utilizar pares diferenciales para reducir la interferencia electromagnética y mejorar la integridad de la señal. Para obtener una buena coincidencia de impedancia y menos diafonía, los anchos, espacios y longitudes de las pistas deben controlarse cuidadosamente.
Colocación de vías:
En los diseños de PCB de alta velocidad, la ubicación de las vías es importante porque pueden causar reflejos de señal y desajustes de impedancia. Cuando las vías se colocan con cuidado, tienen menos efecto sobre la estabilidad de la señal.
Condensadores de desacoplamiento:
Estos condensadores se utilizan para proporcionar a las piezas de la placa de circuito impreso una fuente de tensión estable. Es importante colocar los condensadores de desacoplamiento en el lugar correcto para reducir el ruido de la fuente de alimentación y garantizar que el sistema funcione sin problemas.
Planos de potencia y tierra:
Los diseños de alta velocidad necesitan alimentación y planos de tierra para garantizar que las corrientes de retorno tengan un camino con baja resistencia. Los problemas de EMI se pueden reducir al mínimo y se puede garantizar una buena integridad de la señal colocando cuidadosamente los planos de alimentación y tierra.
El enrutamiento de la señal es importante en los sistemas de alta velocidad porque puede tener un gran impacto en la integridad de la señal. Los enrutadores deben configurarse de modo que los ecos y las pérdidas de diafonía sean mínimos.
El manejo de señales es importante en el diseño de placas de circuito impreso (PCB). Incluye la conexión de diferentes partes en el tablero mediante el envío de señales eléctricas a través de una red de trazas de cobre. El mejor rendimiento, confiabilidad y utilidad de la PCB dependen de qué tan bien se enruten las señales. Esta pieza discutirá el enrutamiento de señales en el diseño de PCB, cubriendo muchas partes del proceso.
Piense en la integridad de la señal
La integridad de la señal es una de las cosas más importantes a considerar cuando se mueven señales en una PCB. Es importante asegurarse de que los datos se envíen con la menor pérdida, ruido y distorsión posible. La integridad de la señal puede verse afectada por muchas cosas, como la longitud de la traza, la estructura de enrutamiento, el apilamiento de capas, la ubicación de los componentes y más.
Medir el ancho y el espaciado de las trazas.
El ancho y el espaciado de las líneas utilizadas para enrutar las señales son muy importantes para mantener la integridad de la señal. La capacidad de transporte de corriente de una traza se basa en su ancho, mientras que la diafonía y la capacitancia parásita se basan en la distancia entre las trazas. Elegir el ancho de trazo y el espaciado correctos es importante en función de las necesidades del sistema.
Apilamiento de capas
Al enrutar datos, también es importante pensar en cómo se apilan las capas de la PCB. Decide cuántos y dónde están los planos de señal y tierra, lo que puede afectar en gran medida la estabilidad. Un apilamiento de capas bien diseñado puede proteger bien, reducir el ruido y la diafonía, y mantener la pérdida de señal al mínimo.
Colocación de componentes
El flujo de la señal también puede verse afectado por la ubicación de las piezas en la placa de circuito impreso. Es importante colocar los componentes de manera que se reduzca la longitud de la traza y el ruido y se proporcione a las señales una ruta clara. Para obtener el mejor flujo de señal, los componentes de alta velocidad, como los microprocesadores y los chips de memoria, deben colocarse con especial cuidado.
Topología para el enrutamiento
La topología de enrutamiento es cómo se configuran las líneas de PCB. Existen diferentes formas de enrutar el tráfico, como punto a punto, conexión en cadena, estrella y autobús. La elección del diseño de enrutamiento se basa en lo que necesita el sistema y lo que el diseño de PCB no puede hacer.
blindaje EMI
El blindaje EMI es necesario para evitar que la interferencia electromagnética reduzca la velocidad de los datos de alta velocidad tanto como sea posible. El blindaje EMI se puede hacer con latas de metal o capas de blindaje en la pila de PCB.
La terminación de la señal es importante en los sistemas de alta velocidad para que los reflejos de la señal se mantengan al mínimo y se mantenga la integridad de la señal. Según el tipo y la frecuencia de la señal, se debe utilizar el método de terminación correcto, como terminación en serie, paralelo o CA.
Coincidencia de la longitud de la señal: los pares diferenciales necesitan la coincidencia de la longitud de la señal para garantizar que sea el momento adecuado y reducir la desviación. La diferencia de longitud entre las señales del par diferencial debe mantenerse lo más pequeña posible para mantener la seguridad de la señal lo más alta posible.
Reducción de diafonía
En los sistemas de alta velocidad, Crosstalk puede afectar en gran medida la integridad de la señal. La diafonía se puede reducir asegurando suficiente espacio entre las trazas y los pares diferenciales, utilizando trazas de protección y métodos de enrutamiento.
Debido a la inductancia y resistencia del plano de tierra, los sistemas de alta velocidad pueden tener rebotes en el suelo. Es importante utilizar los métodos correctos para el desacoplamiento y la conexión a tierra para evitar que el rebote a tierra afecte demasiado la integridad de la señal.
Gestión térmica
Los diseños con mucha velocidad generan mucho calor. Se deben usar herramientas de control de calor como disipadores de calor, vías térmicas y vertidos de cobre para garantizar que los componentes funcionen bien y no se dañen.
Fabricación de PCB
Los diseños de alta velocidad necesitan métodos de fabricación precisos para garantizar la coincidencia de impedancia, los anchos de trazo y el espaciado requeridos. Durante Fabricación de PCB, es importante elegir los materiales correctos, el grosor del cobre y los acabados superficiales.
