Domine o Design de PCB Digital de Alta Velocidade: 9 Dicas Essenciais de Controle de Impedância

Entenda os Fatores Básicos do Controle de Impedância

Os fios de conexão nas PCBs realizam mais de uma função. Além do fluxo de corrente, eles também têm papel nas linhas de transmissão de sinal. A multifuncionalidade ajuda a maximizar a saída de tamanhos pequenos e digitalização.

É crucial prevenir a reflexão da transmissão de sinal em PCBs. Controle de Impedância, alinhamento e correspondência de impedância podem reduzir a perda de transmissão em circuitos. A impedância é uma característica típica entre circuitos AC. É a resistência que loops paralelos e planos de energia oferecem ao fluxo de AC.

Uma variedade de razões pode afetar a impedância característica do seu design de PCB. Muitos erros surgem de linhas de transmissão defeituosas.

A impedância característica também pode variar devido a outras causas. Possíveis fatores incluem:

1. Espessura do traço do circuito.

2. Valores dielétricos do prepreg ao redor do traço do circuito.

3. A espessura do isolante também desempenha um papel.

Escolha os Dielétricos Certos

A constante dielétrica pode afetar a impedância característica de forma significativa. É necessário calcular a quantidade de impedância controlada do seu Design de PCB. A impedância característica é proporcional à largura do material dielétrico. Maior a largura do dielétrico isolante, maior o valor de impedância.

Fabricantes usam Dielétricos em Circuitos PCB para fins de isolamento. Um ingrediente em placas de substrato - escolha de um grande número de materiais de componentes. Os populares incluem FR-4 - um laminado epóxi de fibra de vidro. É resistente a chamas também - uma propriedade útil caso as PCBs superaqueçam. Baseado no seu design - você também pode escolher materiais FLEX flexíveis.

A constante dielétrica é variável em relação à frequência. Escolha materiais com valor constante consistente através de uma ampla gama de frequências. Eles são adequados para aplicações de alta frequência da sua placa PCB.

Evite Cruzamento de Traços em Planos Divididos

Especialistas sugerem rotear sinais de alta velocidade/frequência sobre um plano de referência de terra. Procure evitar roteamento de fiação de traço através de planos divididos a todo momento. A única exceção é se você quiser aumentar a impedância controlada.

Existem vários aspectos negativos de cruzar traços em planos divididos. Alguns deles incluem:

1. Atraso na transmissão de sinal devido à indutância em série.

2. Disrupção e interferência de sinal.

3. Diminuição na integridade do sinal.

Uma alternativa ao cruzamento de traços é o uso de capacitores de costura através de planos divididos. Eles fornecem um caminho de retorno adequado para a corrente. Leva a uma redução na área do loop de corrente. Dessa forma, você pode ter o controle de impedância desejado.

Mantenha Sempre um Plano de Referência de Terra

Precisamos nos referir ao caminho de terra como um caminho de retorno para corrente alternada. A maior parte da área não ocupada por traços de circuito compõe o plano de referência de terra. A grande área permite retorno de grandes correntes sem queda significativa de tensão. Para PCBs operando em níveis de radiofrequência, o plano de terra reduz distúrbios de sinal. Também diminui interferência através de loops de terra.

O plano de terra também é essencial para controle de impedância. Além disso, previne crosstalk entre 2 traços de circuito lado a lado. Também previne queda significativa de tensão durante a mudança de estado do circuito. Fontes de alimentação ou traços de terra com alta impedância podem causar bounce de terra.

Isso interrompe as funções de outros componentes do circuito. A grande área do plano de referência tem menos impedância. Como resultado, os pulsos de corrente causam menos danos.

Conheça as Limitações do Prepreg

O prepreg (abreviação de pré-impregnado) encontra seus usos na fusão de núcleos gravados. Sua outra aplicação - anexar um fio de cobre à base. O componente de reforço pode ter vários materiais constituintes. Em geral, geralmente consiste em fibra de vidro e material de resina à base de epóxi. Pressionar as duas camadas em altas temperaturas cria a espessura necessária.

Especialistas recomendam usar no máximo três tipos diferentes de prepreg durante um stack-up de núcleo. Cada camada deve ser inferior a 10 milímetros para evitar variação de espessura.

Evite prepregs com baixo teor de resina. Eles podem levar à fome de resina durante o tempo de laminação. As placas devem ser simétricas no design. Para maior controle de impedância, uniformidade da constante dielétrica é necessária. Maior consistência também é desejável.

Além disso, constantes dielétricas em materiais de prepreg fundidos variam. Geralmente diferem comparados aos materiais do núcleo original. Opte por materiais de prepreg comparáveis ao CTE do Cobre (Coeficiente de Expansão Térmica).

Tamanho de Traços para Controle de Impedância

Traços são úteis na determinação da impedância controlada da sua Placa PCB de Alta Velocidade. Calcule o controle de impedância usando as dimensões do traço. As quatro medidas necessárias para este cálculo são:

● H: Altura do traço.

● Er: Valor Dielétrico.

● T: Espessura da evidência.

● W: Largura da evidência.

Impedância do Traço varia com mudança em cada uma das seguintes unidades. Portanto, é essencial determinar estas dimensões previamente. Uma diferença drástica na largura do traço pode levar a conexões defeituosas. Em casos extremos, pode destruir a PCB. Melhor evitar dimensões de traço padronizadas. Elas podem ou não funcionar de acordo com seu Design de PCB.

Use uma Calculadora de Impedância Segura

Calcular o nível de impedância é crucial em vários estágios. É particularmente necessário durante o Estágio de Design de PCB. Encontre o valor da impedância controlada no seu Design de PCB. Depois, você pode decidir sobre mudanças ou o nível aceito de tolerância.

O principal problema é o cálculo em si. A equação de valor de impedância envolve uma série de equações complexas cansativas. Além das dimensões, você também precisaria dos valores das constantes dielétricas. Você precisaria saber valores logarítmicos precisos, valores de funções e muito mais. Também não é possível ter uma calculadora científica por perto o tempo todo.

Opções online para cálculo de impedância estão disponíveis atualmente. Vários sites fazem a parte do cálculo para você. Apresente as dimensões do traço e o valor da constante dielétrica. Você terá o valor de impedância em pouco tempo.

Uma Boa Ferramenta de Design de PCB é Essencial

Com o progresso tecnológico, muitas opções de ajuda estão agora disponíveis. Ferramentas e software para design de PCB eram inéditos há algumas décadas. Alguns até têm componentes integrados para estimativas de custo de material. Experimente entre as várias opções disponíveis e escolha uma favorita.

Designers de PCB tentam seus favoritos entre Altium Designer, PowerPCB, ORCAD, Autodesk Eagle. Outras opções incluem KiCAD EDA, Solidworks PCB e muitos mais. Cada um tem alguns prós e contras. Considere a compatibilidade com seu sistema atual antes de comprar.

Realize Análise de Integridade de Sinal

Faz sentido executar um teste de Análise de Integridade de Sinal antes de fazer seu pedido. O procedimento também é lógico se você estiver fabricando as PCBs você mesmo.

Descobrir possíveis erros no estágio de teste é a maneira correta de economia de custos. Também previne redundância, desperdício de materiais de componentes, tentativa e falha. Você pode descobrir se os níveis de controle de impedância correspondem ao seu alvo desejado. Sugira ao fabricante sobre os níveis aceitáveis de tolerância da ordem de trabalho de PCB.

Resumo

Esperamos que você esteja agora ciente dos métodos para garantir o controle de impedância dos designs da sua placa PCB. Considere os materiais dielétricos potenciais e dimensões de traço no estágio de design de PCB.

Prevenção de cruzamento de traços através de planos divididos é uma excelente prática de design. O mesmo também vale para manter um plano de referência de terra. Estas práticas são benéficas a longo prazo.

1. Tente evitar usar mais de três prepregs diferentes no stack-up.

2. Existe um grande número de ferramentas e software disponíveis.

3. Use tudo necessário para obter o melhor resultado desejado.

4. Verifique a integridade do sinal antes de fazer o pedido final.

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