PCB de alta velocidade:um guia completo

Sem dúvida, a maioria dos projetos de engenharia comuns faz uso do design padrão de PCB. Além disso, PCBs tradicionais não podem funcionar para tudo. Portanto, se você estiver lidando com um aplicativo avançado, precisará de um PCB de alta velocidade.

No entanto, projetar PCBs de alta velocidade pode ser complicado. Você precisará prestar atenção a detalhes como integridade do sinal, reflexões e diafonia. Se você não conhece nenhum desses termos, este artigo é para você.

Neste artigo, você aprenderá tudo sobre PCBs de alta velocidade e as regras para projetar um. Também vamos compará-lo a um PCB de alta frequência.

Então vamos começar.

O que é um PCB de alta velocidade?

Sistema de alta velocidade

PCBs de alta velocidade são dispositivos que usam sinais de alta velocidade para transferir dados entre componentes. Os sinais percorrem os traços de cobre da placa até atingirem seus alvos. Além disso, o sinal pode ser analógico ou digital.

No entanto, há apenas uma pequena diferença entre placas de alta velocidade e padrão. Mas primeiro, você precisa saber disso:o que usamos para classificar um sistema como “alta velocidade” são as taxas de borda de sinal do sistema. Então, se for rápido, é um PCB de alta velocidade. Assim, a taxa de borda de sinal do sistema separa PCBs de alta velocidade de PCBs padrão.

Também consideramos qualquer PCB que tenha alta integridade de sinal como PCB de alta velocidade. Outros indicadores que podem ajudá-lo a diferenciar um design de alta velocidade de um comum é que os PCBs de alta velocidade têm front-ends de RF para rede sem fio.

Além disso, a maioria dos projetos de alta velocidade se concentra em projetos interconectados, projetos de empilhamento de PCB e roteamento. Portanto, a terceira área não será um incômodo se você acertar as duas primeiras áreas.

Aplicativos de PCB de alta velocidade

Vários PCBs

PCBs de alta velocidade funcionam em quase todas as aplicações. Aqui estão alguns dos aplicativos que suportam o uso de PCBs de alta velocidade:

• Você pode usar PCBs de alta velocidade em sistemas de comunicação de rede. O objetivo principal aqui é a verificação da integridade do sinal.
• PCBs de alta velocidade podem criar placas de teste digitais de alta velocidade. Essas placas podem testar diferentes sinais, incluindo roll-off de sinal de RF.
• PCBs de alta velocidade também podem criar produtos eletrônicos de consumo poderosos com grandes volumes e curto tempo de lançamento no mercado.
• PCBs de alta velocidade também podem criar circuitos de rádio com alta exigência de controle de impedância.
• Além disso, essas placas também funcionam em equipamentos médicos que precisam de operações de alta velocidade.

Outros produtos que usam PCBs de alta velocidade incluem:

• Roteadores
• Canais de dados de alta velocidade
• Servidores
• Amplificadores de potência
• Redes de área de armazenamento
• Módulos do transceptor

Regras e desafios do projeto de PCB de alta velocidade

Placa de circuito impresso

Como qualquer outro processo de projeto de PCBs, os PCBs de alta velocidade possuem regras que definem seu método de projeto. Enquanto analisamos algumas das regras em detalhes, também examinaremos os possíveis desafios de design.

Impedância

Você precisa considerar dois valores de impedância ao projetar um layout de PCB alto. Esses valores de impedância incluem impedância de terminação simples Zo e impedância diferencial Zdiff.

Esses são os valores de impedância comuns para interfaces paralelas e seriais. Além disso, manter a impedância correta ao projetar seus PCBs de alta velocidade é essencial. Caso contrário, suas trilhas de PCB terão reflexos de sinal.

Isso não é tudo. Usar a impedância errada também causará perda de qualidade do sinal, baixa frequência de trabalho e gerará EMI insuportável.

Outros tipos de impedância que você precisa considerar, embora sejam raros, incluem:

• ZCM comum
• Modo par Zoe
• E zoológico de modo ímpar

Aterramento

Para a maioria dos projetos de PCB de alta velocidade, é impossível rastrear todas as interfaces em uma camada. Portanto, você precisará da ajuda de vias para transferir traços para várias camadas. No entanto, existem regras específicas que regem esse processo.

• Seus projetos devem ter o mesmo potencial de polígono GND em todas as camadas, especialmente perto das vias de sinal. Chamamos essas vias GND de vias de costura, e elas precisam estar o mais próximo possível do polígono GND. Além disso, seguir essa regra garantirá que todos os rastreamentos de alta velocidade tenham a mesma referência GND.

• Tenha cuidado ao projetar suas vias. Um design ruim causará problemas de impedância em sua placa. Mas você pode evitar isso garantindo que todas as vias tenham os diâmetros corretos.

• Usar vias para roteamento de sinal de alta velocidade pode ser complicado. Portanto, você deve colocar espaço suficiente entre as vias para evitar alta densidade de corrente e superaquecimento.

Divulgação

Crosstalk é qualquer efeito indesejado gerado ao transmitir sinais em uma faixa de comunicação. Esses efeitos indesejados geralmente estão em faixas vizinhas e geralmente causam alterações no sinal.

Além disso, a diafonia geralmente acontece quando as faixas ficam muito próximas umas das outras. Nesse caso, você pode reduzir a diafonia deixando pelo menos 3W de espaço entre as faixas.

Para pares diferenciais, use a regra 5W para espaçar suas trilhas corretamente. Além disso, se sua placa requer um par diferencial transmitindo sinais periódicos, recomendamos mantê-la a pelo menos 8W de distância de outros pares diferenciais.

Além disso, deve haver distância suficiente entre as faixas com sinais assíncronos e faixas de sinal de alta velocidade. Além disso, você pode minimizar a interferência em placas multicamadas roteando trilhas perpendiculares às trilhas da placa vizinha.

Localização dos componentes

PCB com componentes

A localização do componente é essencial para projetos de PCB de alta velocidade, antes de iniciar seu projeto, planeje - onde você colocará seus componentes.

Idealmente, você deve colocar um polígono GND separado para componentes analógicos (se houver) e mantê-los longe de traços e componentes digitais. Dessa forma, você pode evitar problemas de EMI.

Além disso, os componentes de alta velocidade não precisam de traços muito longos. Portanto, certifique-se de manter espaço suficiente para o ajuste de comprimento para que eles não fiquem perto de fontes de interferência.

Além disso, você deve evitar posicionar componentes de alta velocidade perto da borda da sua placa. Isso terá efeitos adversos na qualidade do seu sinal. Em vez disso, você pode colocar esses componentes em direção ao centro.

Traçar Forma

Diferentes formas de pista

As pistas de alta velocidade devem ter curvas arredondadas e suaves. Além disso, você deve evitar usar curvas fechadas. Mas, pode levar um tempo razoável para obter a melhor forma de pista.

A melhor maneira de obter a forma ideal da pista e evitar mudanças de impedância é dobrá-las em ângulos de 45 graus.

Os três grandes problemas dos projetos de PCB de alta velocidade

PCBs de alta velocidade têm muitos problemas que podem tornar um circuito inútil se você não os resolver. E, de todos os vários problemas, listamos três principais que você deve evitar. Então, vamos dar uma olhada mais de perto nesses três.

Tempo

Sua placa tem problemas de tempo se seus sinais não estiverem transmitindo corretamente, especialmente em comparação com outros sinais. Um relógio controla todos esses sinais, portanto, se o seu tempo for terrível, os únicos dados que você receberá serão dados corrompidos.

Solução:você pode resolver esse problema combinando dois comprimentos de rastreamento acoplados. Ele sincronizará os rastreamentos com suas taxas de clock e os fará transmitir ao mesmo tempo.

Ruído

Ruído é qualquer forma de interferência que afeta seus sinais durante a transmissão. Há algum ruído em cada PCB, mas um alto nível de ruído pode causar corrupção de dados. Portanto, tornando-o um problema que você deve evitar em seus projetos.

Solução:Mantenha distância suficiente entre seus traços, tornando-os menos suscetíveis a ruídos. O distanciamento adequado também reduzirá o nível de ruído do seu PCB.

Integridade

Se seus sinais não parecerem como deveriam após a transmissão, isso comprometeu a integridade. Tais situações geralmente são resultado de interferências que podem afetar a integridade de um sinal durante a transmissão.

Solução:Usar uma impedância adequada entre um receptor e um transmissor pode melhorar a integridade e a qualidade do seu sinal. Também reduzirá a sensibilidade ao ruído do seu sinal.

Habilidades de design de PCB de alta velocidade

Projeto PCB

Aqui estão algumas habilidades que você precisa antes de projetar um PCB de alta velocidade.

Como rotear traços com controle de impedância

PCB com traços azuis

Você deve entender como calcular a pilha de camadas e a largura do traço. Os resultados desses cálculos fornecerão os valores essenciais de impedância. Valores de impedância incorretos afetarão negativamente seu sinal e levarão à corrupção de dados.

Minimização da área de loop

Sinais de alta velocidade são bastante suscetíveis a problemas de EMI/EMC. Mas você pode reduzir o impacto desses problemas seguindo regras básicas simples. Essas regras incluem a redução de áreas de loop, o uso de planos de terra contínuos e muitas vias de costura e a otimização de caminhos de retorno de rastreamento.

Habilidades de roteamento de alta velocidade

Há muitas coisas a serem consideradas ao rotear rastreamentos de alta velocidade. Primeiro, você deve saber cortar planos de terra e manter traços curtos. Você também deve proteger seus rastros de interferência e linhas digitais espaciais para evitar diafonia.

Use software de design avançado

Projetar PCBs de alta velocidade requer muitos recursos complexos do seu software CAD. E você precisa da habilidade necessária para lidar com esses recursos. Dessa forma, você pode evitar projetar esquemas terríveis de alta velocidade.

PCB de alta velocidade vs. PCB de alta frequência

Placa de circuito impresso

Embora alta velocidade e alta frequência tenham definições diferentes, sua placa é essencialmente a mesma. Ambos usam a onda senoidal como portadora de sinais modulados.

No entanto, existem pequenas diferenças. Por exemplo, usamos circuitos de alta velocidade quando a tensão aumenta e diminui em curtos períodos. Ao mesmo tempo, usamos placas de alta frequência com ciclos de curto-circuito.

As diferenças não são tão distintas para defini-los como placas separadas. Eles ainda usam os mesmos materiais de base. Você precisa se concentrar em manter a integridade do sinal ou seu circuito.

Arredondando

PCB de alta tecnologia

Muitas coisas podem dar errado se você não for cuidadoso ao projetar PCBs de alta velocidade. Ao contrário de PCBs comuns, você precisa de muito tempo e atenção ao desenvolver um esquema de circuito de alta velocidade adequado.

Além disso, você precisa de habilidades específicas antes de fazer qualquer projeto, como saber como rotear seus traços corretamente e medir a impedância. Você também deve observar o posicionamento de seus componentes para evitar complicar as coisas para os fabricantes.

Você quer fabricar PCB de alta velocidade? Então, entre em contato conosco e teremos prazer em oferecer os melhores conselhos e serviços.