Top 3 Técnicas de Roteamento de PCB para Integridade de Sinal de Alta Velocidade

Projeto de PCB é essencial ao trabalho de engenheiros elétricos e não é aparentemente fácil projetar uma PCB perfeita. Uma PCB perfeita deriva não apenas da racionalidade de seleção e distribuição de componentes, mas também de sua alta condutividade de sinal. Nesta tese, conhecimento sobre técnicas de roteamento no projeto de circuito de sinal de alta velocidade será introduzido para auxiliar seu trabalho de engenharia.

Roteamento de PCB Baseado em Placa Multicamadas

Ao projetar PCB, a maioria dos engenheiros gostaria de completar roteamento de alta velocidade usando placas multicamadas. Além de seu papel como núcleo da PCB, este tipo de placa também é capaz de diminuir interferência do circuito, método principal para engenheiros confrontados com tal problema. Ao projetar circuito de sinal de alta velocidade baseado em placa multicamadas, engenheiros precisam encolher tamanho da placa determinando racionalmente número de camadas, fazer melhor uso da camada intermediária para configuração de blindagem para realizar terra próximo, tudo o que pode diminuir efetivamente indutância parasita, encolher comprimento de transmissão de sinal, reduzir interferência cruzada entre sinais, etc. Todos esses métodos são benéficos para confiabilidade de circuito de sinal de alta velocidade.

Além dos métodos acima de aumento de confiabilidade com placa multicamada, dados de autoridade mostram que, quando mesmo material é usado, ruído gerado por placa de 4 camadas é 20 dB menor que por placa de 2 camadas. Para curvatura de terminal (lead bending), menos curvaturas, melhor. Melhor usar linha reta e, quando curvatura necessária, linha a 45° ou arco pode ser usada para cortar emissão para fora de sinal de alta velocidade e acoplamento mútuo, diminuindo radiação e reflexão.

Tornando o Terminal de Ligação (Lead Pin) entre Componentes em Circuito de Alta Velocidade o Mais Curto Possível

No processo de projeto e roteamento de circuito de sinal de alta velocidade, engenheiros precisam tornar o terminal de ligação entre componentes o mais curto possível. Quanto mais longo o terminal, maiores a indutância distribuída e capacitância distribuída, o que leva a reflexão e oscilação no circuito de alta velocidade.

Além do encurtamento do terminal, a alternância de intercamada (lead interlayer alternation) entre terminais de componentes em cada circuito de alta velocidade deve ser encurtada, o que significa que furos passantes (through-holes) no processo de conexão de componentes devem ser os mínimos possíveis. Geralmente, um furo passante traz cerca de 0,5 pF de capacitância distribuída, o que obviamente aumenta atraso do circuito. Enquanto isso, no roteamento de alta velocidade, interferência cruzada induzida por roteamento paralelo de curta distância deve ser totalmente considerada. Se distribuição paralela não pode ser evitada, terra de grande escala pode ser definida no verso das linhas paralelas para cortar interferência. Nas duas camadas vizinhas, direção de roteamento deve ser vertical.

Terra Envolvendo (Ground Surrounding) nas Linhas de Sinal Especialmente Importantes ou Partes Locais

No processo de projeto de roteamento, terra envolvendo é sugerido para linhas de sinal especialmente importantes ou partes locais. Roteamento é realizado para sinais menos suscetíveis a interferência como sinal de clock e sinal analógico de alta velocidade, com fio de terra para proteção adicionado à periferia, com linhas de sinal a serem protegidas no meio. Isso porque todos os tipos de roteamento não podem formar loops, nem o fio de terra. Porém, se circuito de roteamento em loop surgir, grande interferência ocorrerá no sistema. A vantagem do roteamento com terra envolvendo linhas leva a evasão efetiva de loops. Sugere-se que um ou alguns capacitores de desacoplamento de alta frequência sejam definidos perto de cada bloco de circuito integrado. Quando fio de terra analógico ou digital conectado ao terra comum, link de choke de alta frequência deve ser usado. Algumas linhas de sinal de alta velocidade requerem tratamento especial. Por exemplo, sinal diferencial requerido na mesma camada e o mais próximo possível de roteamento paralelo. Nenhum sinal pode ser inserido entre linhas diferenciais e cada uma deve ter mesmo comprimento.

Além dos métodos acima, ao projetar roteamento de sinal, engenheiros devem tentar evitar ramificação (branch) ou formação de stub em fiação de alta velocidade. Como radiação eletromagnética relativamente grande pode ser gerada quando fios de alta frequência são definidos na camada superficial, fios de alta frequência devem ser definidos entre alimentação e terra para que radiação gerada diminua em alto nível por absorção eletromagnética da alimentação e camada inferior.

Claro, em projeto prático, teoria nunca vem antes da prática. Gostaria de compartilhar experiência em projeto de roteamento. Primeiro, se você não é o único projetista de roteamento, reserve tempo suficiente para verificar design dos roteadores. Pequena precaução é melhor que muita remediação. É ideia tola esperar que roteadores entendam o que você pensa. Seus conselhos e instruções são mais importantes na etapa primária. Quanto mais informação você fornece e mais se envolve, melhores PCBs obterá. Bom método: defina ponto de conclusão tentativo para engenheiro de roteamento para que procedimento inicie estritamente conforme seus passos. Método como loop fechado: roteamento não sairá do trilho, diminuindo possibilidade de retrabalho ao mínimo.

Então instruções que você deve fornecer aos engenheiros de roteamento incluem: descrição curta da função do circuito; esboço da PCB com rótulos de entrada e saída; informação de camadas: espessura, número, detalhes de cada camada de sinal e plano de terra; tipo de sinal que cada camada requer; requisito de local de componentes importantes; locais específicos de componentes de bypass; significância de linhas impressas; significância de circuitos precisando linhas com controle de impedância; circuitos requerendo mapeamento de comprimento; tamanho dos componentes; linhas, circuitos ou componentes requerendo distância ou proximidade; tipo de componentes no topo ou base.

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