Tecnología de PCB - Cómo hacer placas de circuito de alta calidad más rápido con un buen diseño de PCB

Para obtener mejores y más rápidos pcb, los diseñadores deben prestar atención a tres áreas principales al diseñar placas de circuito: materiales de construcción, interconexión de componentes y diseño de cableado.

Materiales de construcción

En el proceso de diseño de pcb, los diseñadores consideran principalmente dos características principales del material de pcb. Una es la constante dieléctrica y la otra es la sección transversal del ángulo de pérdida. La constante dieléctrica afecta la velocidad a la que la señal pasa por la placa de circuito. El ángulo de pérdida se refiere al semáforo perdido debido a la absorción en el material. Aunque el fr4 es un material común para la construcción de circuitos de baja frecuencia, todavía se necesitan materiales de mayor calidad para circuitos con frecuencias superiores a 1 ghz.

Interacción de componentes

Para los diseñadores de placas de alta frecuencia, es muy importante considerar los puntos de conexión entre los componentes y los pcb. El uso de dispositivos de montaje de superficie (smd) tiene características estructurales más pequeñas y longitud de alambre, por lo que este problema se puede resolver en gran medida. Sin embargo, a medida que aumenta la frecuencia, los componentes pasivos, incluidos los en forma de smd, pueden tener propiedades no ideales. Los diseñadores deben tener esto en cuenta y compensar estas características.

Diseño de la trayectoria

Una vez que el diseñador haya determinado con satisfacción la elección de los materiales y componentes de construcción, debe comprometerse a lograr un funcionamiento de alta velocidad en entornos de baja potencia. Esto implica:

. minimizar la generación de ruido del vehículo

. minimizar las conversaciones cruzadas entre trazas

. reducir el impacto del repunte terrestre

. emparejamiento de Resistencia

. conexión final de la línea de señal correcta

Minimizar la generación de ruido

Hay dos aspectos principales para reducir el ruido. Uno de ellos es la distribución completa de la Potencia y el otro se refiere al filtrado de ruido de potencia.

Para distribuir la fuente de alimentación en todo el pcb, el diseñador puede usar el plano de alimentación o la red de autobuses de alimentación. En general, la capa de potencia en el PCB multicapa está compuesta por dos o más capas metálicas que transmiten VCC y gnd al dispositivo. Debido a que los planos de alimentación cubren casi toda la región del pcb, la resistencia de corriente continua de estos planos es baja. Por lo tanto, el plano de potencia mantiene el nivel de VCC constante, mientras que el nivel de VCC se distribuye uniformemente entre todos los dispositivos. También proporciona protección contra el ruido, una capacidad extremadamente alta de absorción de corriente y un buen blindaje de las señales transportadas por los pcb.

La alternativa al plano de la fuente de alimentación es el bus de la fuente de alimentación, que consiste en dos o más trazas metálicas anchas que transmiten VCC y gnd al dispositivo. Debido a que este método es más barato que el plano de potencia, los dos capas de PCB los usan a menudo. Al diseñar con una red de autobuses de potencia, el diseñador debe asegurarse de que el ancho del rastro sea lo más ancho posible. Sin embargo, la resistencia de corriente continua de la red de autobuses eléctricos es mucho menor que la del plano eléctrico.

La separación de los planos y autobuses de alimentación que llevan fuentes de alimentación analógicas y digitales ayuda a minimizar la generación de ruido transmitido por el aire, ya que puede evitar la interacción entre ambos. Sin embargo, es posible que un sistema totalmente digital no tenga un plano de potencia analógico separado y que agregar un nuevo plano de Potencia pueda resultar muy caro a menos que el diseñador cree islas de zonificación o planos separados en las capas existentes.

Aunque se recomienda separar estos planos entre fuentes de alimentación analógicas y digitales en el sistema, todavía pueden existir algunas interacciones innecesarias entre estos dos tipos de circuitos.

Minimizar la interacción entre rastros

El acoplamiento innecesario de señales entre líneas horizontales puede causar conversaciones cruzadas. Los diseñadores pueden minimizar las conversaciones cruzadas a través de un cableado adecuado y el uso de microstrips y diseños de líneas de banda en la pila de capas.

Cuando se ven obligados a usar dos capas de señal adyacentes, los diseñadores minimizan las conversaciones cruzadas Encadenando todos los rastros de una capa en un cierto ángulo con los rastros de la siguiente. Otras técnicas que utilizan para minimizar la conversación cruzada son minimizar la distancia entre la capa de señal y sus planos adyacentes, así como aumentar la distancia entre las dos capas de señal.

Reducir el impacto del repunte del suelo

Utilizando dispositivos digitales más rápidos y reduciendo el tiempo de conmutación de salida, cuando se libera el capacitor de carga, la salida del dispositivo mostrará una corriente instantánea más alta. Además, puede haber múltiples salidas de dispositivos que cambian simultáneamente de lógica alta a lógica baja. Al mismo tiempo, la inyección de corriente eléctrica en el suelo puede aumentar temporalmente el potencial del suelo, lo que provoca cambios en la línea de base. Este fenómeno es el repunte del suelo. Las principales condiciones que afectan el rebote del suelo incluyen el capacitor de carga, la inducción del enchufe y el número de salidas del interruptor simultáneo.

Los diseñadores utilizan los siguientes métodos de diseño para reducir la rebote del suelo:

. colocar los agujeros de paso cerca de las almohadillas de los condensadores o usar trazas cortas y anchas entre ellos

. utilice trazas anchas y cortas desde el pin de alimentación hasta el plano de alimentación, la isla o el capacitor de desacoplamiento. Esto reduce la posibilidad de un rebote en tierra reduciendo la inducción en serie y el voltaje instantáneo cae del pin de alimentación al plano de alimentación.

. conecte cada pin de tierra o a través del agujero al plano de tierra. La cadena de crisantemos conduce a compartir rutas de tierra, aumentando así la resistencia e inducción del Circuito de corriente del circuito

. añadir condensadores de desacoplamiento de acuerdo con las recomendaciones del fabricante de ic. Los condensadores de desacoplamiento deben estar lo más cerca posible de la fuente de alimentación y los pines de tierra del equipo.

. coloque la salida del interruptor lo más cerca posible del pin de tierra encapsulado

. evite usar resistencias de tracción hacia arriba y use más resistencias de tracción hacia abajo

Uso de PCB multicapa con planos VCC y gnd separados para aprovechar los condensadores inherentes en los planos VCC gnd

. Use diseños de sincronización porque no se ven afectados por los pines del interruptor de sincronización

. La distancia entre el pin de tierra y el pin de alimentación es muy cercana, lo que reduce la inducción mutua, ya que la corriente de los dos Pines está en la dirección opuesta.

. minimizar la inducción en los condensadores de desacoplamiento mediante el uso de un mayor tamaño de agujero en las almohadillas de los condensadores

. minimizar la inducción del cable mediante el uso de condensadores de montaje de superficie

. uso de condensadores con baja resistencia efectiva a la serie

Coincidencia de resistencia y terminal de línea de señal correcto. Las señales reflejadas de un lado a otro a lo largo de una línea de resistencia desajuste causarán un zumbido en el receptor de carga. El timbre puede provocar un desenlace incorrecto del receptor, ya que reduce el rango dinámico del receptor. El diseñador elimina la reflexión utilizando terminales de línea de señal adecuadas para que la resistencia de la fuente sea igual a la resistencia del rastro y la resistencia de la carga.

Para emparejar correctamente la resistencia y terminar la línea de señal, el diseñador puede garantizar la integridad de la señal de las siguientes maneras:

. no use agujeros en la línea de transmisión del reloj, ya que los agujeros pueden causar cambios de resistencia y reflejos

. mantenga la línea recta. No use el ángulo recto para doblar, sino use la trayectoria de flexión

. utilice el mayor número posible de rastreo de reloj punto a punto y termine la señal del reloj para minimizar la reflexión

. utilice dispositivos externos para amortiguar la carga y limitar los condensadores de carga

. aumentar la resistencia de 10 a 27 ohms en serie en la salida de cada interruptor para limitar la corriente

. coloque la resistencia del terminal adecuada y asegúrese de que la coincidencia de resistencia entre la línea de transmisión y el terminal sea igual a la resistencia de la línea

. enrutar capas de rastreo de reloj entre capas en el plano de referencia para minimizar el ruido

. mantener la longitud del rastro por debajo de 5 cm, mantener la resistencia por debajo de 65 ohm, mantener el retraso metálico por debajo de 940ps, mantener el valor de inducción por debajo de 40nh, mantener el capacitor del rastro por debajo de 20pf y el capacitor total por debajo de 30pf.

En resumen

Además de elegir el material de alta frecuencia adecuado, el diseñador también puede usar muchos mejores diseños de PCB para que funcione correctamente a alta frecuencia. Dado que cada PCB es único, debe personalizarse para su aplicación. El uso de un software de CAD de PCB o kit de diseño puede ayudar a los diseñadores, ya que el paquete ofrece una amplia gama de funciones.