El diseño de apilamiento de PCB tiene muchas limitaciones. Los diseños de alta velocidad necesitan capacitancia entre planos, impedancia regulada y minimización de diafonía. Las placas de circuito impreso de alta velocidad ahora consideran la traza de impedancia, aunque el apilamiento afecta la susceptibilidad de la diafonía y la capacitancia de la hoja entre los planos de tierra y energía.
Muchas de estas preocupaciones se pueden resolver manualmente o con un programa de diseño de circuitos para modelar la impedancia en su placa. Aún el mejor Diseño de PCB Las herramientas ofrecen métodos más complejos de diseño para impedancia regulada.
El proceso de diseño de apilamiento de Altium Designer incluye cálculos de impedancia de PCB, lo que elimina la necesidad de calculadoras web. Las funciones de enrutamiento y gestión de pila de capas de Altium Designer incluyen un solucionador de campo para el ajuste de impedancia en toda la placa. Las herramientas de enrutamiento y Layer Stack Manager de Altium Designer proporcionan una calculadora de impedancia de PCB fluida para diseños de alta velocidad.
Cálculo de la impedancia de apilamiento de PCB
La geometría de las trazas, el núcleo de PCB o el material preimpregnado y la orientación de la capa afectan la impedancia de su PCB. Las herramientas de diseño deben tener en cuenta los valores de impedancia de los diseños de trazos acoplados al borde, incrustados y desplazados. Modelar la rugosidad y la dispersión del cobre podría mejorar estas herramientas.
Las calculadoras de PCB en línea y los cálculos analíticos no pueden tener en cuenta la rugosidad, la dispersión o el grabado.
Fórmulas de impedancia IPC-2141:
Los parámetros de diseño de PCB se definen y calculan utilizando ecuaciones como muchos subcampos técnicos. Las propiedades dieléctricas del sustrato y la forma de la traza deben tenerse en cuenta al calcular la impedancia de la traza. La mayoría de las estimaciones de impedancia de microstrip y stripline utilizan fórmulas IPC-2141.
Ecuaciones de impedancia del Código Internacional de Física
Los protocolos de señalización de alta velocidad, alta frecuencia y multicapa con anchos de banda de GHz no pueden utilizar estas estimaciones debido a su imprecisión del 7 %. Las calculadoras de impedancia de trazas de PCB son escasas.
Impedancia de línea de banda
Elija parámetros geométricos y use las ecuaciones para aprender cómo las capas de su tablero afectan la impedancia. Dado que la constante dieléctrica está en las ecuaciones de impedancia, es esencial elegir el material de sustrato dieléctrico adecuado para el diseño de su PCB.
Las líneas coplanares compensan las líneas de tira y las guías de ondas requieren métodos más sofisticados. Después de elegir la mejor disposición de capas para su diseño de PCB, utilice un solucionador de campo para calcular el área necesaria para lograr una impedancia específica.
La impedancia de acumulación de PCB afecta el cálculo
Las capas de enrutamiento y la capacitancia del plano de potencia se pueden equilibrar en una placa de circuito impreso de diez capas (las líneas en negrita representan capas planas; P = preimpregnado; L = laminado). La pila de la izquierda tiene seis capas de señal y un par de planos estrechamente espaciados.
Si se necesita la capacitancia entre planos, esto puede causar problemas de suministro de energía a pesar de ahorrar espacio de enrutamiento. La pila de la derecha tiene seis capas de enrutamiento, pero cuadriplica los pares de aeronaves de la izquierda. Esto mejora la capacitancia entre planos pero disminuye el área de enrutamiento.
Calculadora de impedancia de PCB de Altium Designer
Layer Stack Manager de Altium Designer simplifica la organización del apilamiento de PCB y el cálculo de la impedancia de seguimiento. El apilamiento de capas de PCB de este producto incluye un solucionador de campo estándar de la industria. Altium Designer calcula automáticamente la traza de impedancia para su acumulación de PCB.
· El apilamiento afecta la impedancia de seguimiento, que se puede utilizar para ajustar la impedancia de la placa.
· Usa tus capas de diseño para mejorar la impedancia de trazas.
· Los cálculos de impedancia deben tener en cuenta la dispersión del sustrato dieléctrico. Los resultados precisos en cualquier frecuencia lo requieren.
Puede usar una variedad de métodos de terminación estándar para terminar componentes de PCB.
Calculadora de impedancia de software y editor de pila de capas
El espaciado de las capas en su apilamiento (H en la ecuación anterior) es uno de los aspectos esenciales para determinar la impedancia de la señal y otras características de diseño críticas al desarrollar placas de circuito de alta velocidad. El diseño y la separación de las capas en su apilamiento afectan tres características cruciales del diseño de placas de circuito impreso de alta velocidad:
La estabilidad de potencia del dispositivo de alta velocidad depende de la capacitancia interplanar. La capacitancia entre planos se puede aumentar organizando los planos de potencia y tierra en niveles adyacentes con un pequeño espacio.
La inductancia de bucle determina si las trazas son propensas a la diafonía inductiva. La separación de capas disminuye la inductancia del bucle.
La brecha de capa afecta la interacción capacitiva e inductiva entre las trazas. Este cálculo encontrará las impedancias pares, impares y diferenciales.
Como se indica, la constante dieléctrica de su sustrato afecta la traza de impedancia, como se muestra en la ecuación anterior. Los cálculos de impedancia y el diseño de apilamiento de PCB deben tener en cuenta las características dieléctricas del sustrato. Los cambios de la constante dieléctrica dependientes de la frecuencia afectan el acoplamiento, la diafonía y la traza de impedancia.
Cálculos de impedancia y diseño de apilamiento de PCB
Los PCB ahora admiten circuitos lógicos más complejos y rápidos. Los PCB modernos deben cumplir con los estándares de gestión de impedancia, diafonía y capacitancia entre planos. Los PCB de alta velocidad requieren regulación de impedancia.
Las calculadoras de impedancia de PCB miden trazas de resistencia. Para cumplir con los requisitos de impedancia de PCB, el diseño de apilamiento es esencial. Las calculadoras pueden verse afectadas por la aspereza o el grabado del cobre.
Altium Designer, una herramienta de diseño de PCB, puede estimar la impedancia de PCB para el diseño de apilamiento. Diseño de apilamiento de PCB. Los diseñadores pueden utilizar la gestión y el enrutamiento de la pila de capas para controlar la impedancia de la placa.
En este artículo se tratan en detalle el diseño de apilamiento, los cálculos de impedancia de PCB y la participación de Altium Designer en el control de impedancia de alta velocidad.
Apilamiento de placa de circuito
Los PCB se utilizaron inicialmente para alimentar circuitos lógicos lentos con corriente continua (CC) y conectar componentes lógicos o discretos. Hoy en día, los PCB tienen muchos más usos. Los PCB soldables a precios bajos eran el objetivo. A medida que se desarrollaron los circuitos lógicos, aumentó la necesidad de interconexiones más rápidas, lo que hizo que los niveles de impedancia fueran cada vez más importantes. Los ingenieros presionaron a los fabricantes para que crearan placas de circuito con una impedancia de 50 ohmios.
Cálculo de impedancia de PCB
La traza de impedancia de una PCB depende de su geometría, núcleo y material preimpregnado, y capas. Las diferentes geometrías requieren diferentes enfoques debido a las diferencias de impedancia entre las topologías de seguimiento de borde acoplado, incrustado y desplazado.
Algunos métodos analíticos y calculadoras de PCB en línea subestiman la rugosidad, la dispersión y el grabado del cobre al predecir la impedancia de PCB. Por lo tanto, la medición de la impedancia de trazas de PCB implica distintos métodos e instrumentos.
Editor de impedancia de PCB de Altium Designer
Los planos de tierra y alimentación son necesarios para apilamientos de PCB de impedancia controlada. Los planos de tierra reducen la diafonía, que provoca ruido y degradación de la señal en los circuitos de alta velocidad.
La integridad de la señal se mantiene a través de la ruta de retorno de baja impedancia del plano de tierra. Los planos de alimentación garantizan una alimentación constante a los componentes de PCB. Para lograr la impedancia y la integridad de la señal, el diseño de apilamiento debe considerar la ubicación y el grosor de estos planos.
Altium Designer para apilamiento de PCB
Altium Designer ayuda en el diseño de apilamiento de PCB. Esta herramienta ayuda al diseño de alta velocidad y la impedancia regulada. Use el solucionador de campo en el software para obtener la pila con el número correcto de capas, ubicaciones de plano de tierra y energía y grosor de capa para su diseño.
El administrador de pilas de capas de Altium Designer es una poderosa herramienta para la creación y el mantenimiento de pilas. El administrador de pilas de capas proporciona una GUI de gestión de pilas. Esta interfaz permite a los usuarios crear, eliminar y determinar el grosor de las capas. Se puede especificar el núcleo, el preimpregnado y la constante dieléctrica de cada capa.
Altium Designer proporciona un administrador de pilas de capas, un motor de enrutamiento y muchos criterios y restricciones de diseño para ayudarlo a construir un diseño adecuado. Para diseños de alta velocidad, el ancho de trazo mínimo y el espacio libre entre trazos ayudan a asegurar una operación adecuada.
Conclusión
En conclusión, los apilamientos de PCB de alta velocidad deben incorporar impedancia controlada, control de diafonía y capacitancia entre planos. Sin embargo, las calculadoras en línea y los cálculos científicos pueden necesitar ayuda para tener en cuenta la rugosidad y la dispersión del cobre.
Para crear un apilamiento de PCB que satisfaga todas sus necesidades de diseño de alta velocidad, utilice una herramienta sólida de diseño de PCB como Altium Designer, que contiene un solucionador de campo, un motor de enrutamiento y reglas y límites de diseño. Esto le permite hacer una pila de PCB lista para el diseño. Altium Designer puede crear una PCB de alta velocidad que funcione bien y se vea genial.
