PCB Tecnico - Migliori tecniche di instradamento ad alta velocità di schede PCB

Il design dei circuiti stampati richiede anche uno sforzo supplementare quando si posa circuiti ad alta velocità. Le reti sensibili devono essere instradate secondo specifiche regole ad alta velocità e molti altri requisiti di progettazione ad alta velocità che devono essere rispettati. Questi includono tutto dall'organizzazione dello schema al posizionamento dei componenti. Studieremo tutti questi quando discuteremo della tecnologia di routing ad alta velocità per aiutarti a completare il traguardo del tuo prossimo progetto PCB.

Considerazioni di progettazione ad alta velocità prima del layout PCB

Rispetto a quelli utilizzati sui circuiti stampati standard, il cablaggio con successo dei circuiti ad alta velocità richiede più preparazione. Mentre bilanciano i consueti requisiti di produzione e assemblaggio dei circuiti stampati, i percorsi del segnale, il routing dell'impedenza controllata ed EMI devono essere considerati nei progetti ad alta velocità. È essenziale iniziare a preparare prima ancora che il layout inizi a mantenere in ordine tutte queste esigenze:

Schema: Per aiutare il cablaggio ad alta velocità, la prima cosa che puoi fare è iniziare con uno schema pulito. Nel processo di layout PCB, ci dovrebbe essere un flusso logico del circuito ad alta velocità facile da seguire. Eventuali istruzioni devono essere comunicate anche al personale addetto al layout per evitare qualsiasi confusione in futuro.

Impilazione di strati: Il cablaggio ad alta velocità richiede solitamente la configurazione dello strato stripline o microstrip. Questo fornisce uno strato di schermatura per il routing sensibile della traccia, che aiuta a prevenire problemi EMI e a mantenere l'integrità del segnale del circuito. Prima di iniziare il layout, è necessario raggiungere un accordo con il produttore del contratto PCB sull'impilamento per fornire una base di lavoro e garantire la fabbricabilità del circuito stampato.

Regole di progettazione: oltre alle regole standard di larghezza e spaziatura della traccia, ci sarà anche una nuova serie di regole e vincoli di progettazione ad alta velocità. Questi includeranno tipi di rete specifici, coppie differenziali, lunghezza e topologia della traccia e regole di routing controllate dall'impedenza. Possono inoltre essere previsti requisiti specifici per vie cieche e sepolte, micro vie e altre restrizioni ad alta velocità.

Una volta selezionati questi elementi dall'elenco delle cose da fare, è possibile avviare il layout PCB.

Tecniche di layout e routing per la progettazione di PCB ad alta velocità

Sebbene ci siano molte tecnologie di cablaggio ad alta velocità da discutere, il primo argomento da discutere è il posizionamento dei componenti. Un buon cablaggio inizia con un buon layout dei componenti, indipendentemente dal fatto che il circuito stampato sia progettato per l'alta velocità o meno.

Posizionamento dei componenti

Utilizzare metodi standard di posizionamento dei componenti, a partire dai connettori e dai dispositivi di memoria e CPU di grandi dimensioni. Per ottenere il miglior percorso del segnale continuando a posizionare le parti, seguire il flusso logico dello schema. Molti dei dispositivi CPU e memoria più importanti richiederanno un gran numero di condensatori bypass, quindi assicuratevi di posizionarli immediatamente, altrimenti potrebbe non esserci abbastanza spazio per posizionarli in futuro. Durante il posizionamento, ricorda di riservare spazio per l'instradamento di canali e vias nell'intero stack della scheda. Oltre ai requisiti ad alta velocità, ricorda che il tuo posizionamento deve ancora rispettare le regole di progettazione per la fabbricabilità (DFM) e considera i requisiti di dissipazione del calore dei componenti generatori di calore.

Percorso di fuga

Ora sei pronto per il percorso, ma è necessario creare vie di fuga per tutti i dispositivi a passo fine prima di iniziare a posare le tracce. Se hai a che fare con una grande parte, come un pacchetto BGA con centinaia o migliaia di pin in esso, puoi accedere a ogni pin per il routing. Questa accessibilità di solito si ottiene instradando diagonalmente dalla fila esterna del perno al foro passante.

Per la prossima fila di perni, tracce molto brevi sono solitamente utilizzate per collegarsi ai fori passanti tra i cuscinetti BGA, che sono chiamati modelli cane-osso. Tuttavia, se il passo del pin BGA è troppo fine, potrebbe essere necessario utilizzare vias, micro vias o entrambi nella tecnologia pad, ma è necessario prima ottenere l'approvazione di queste tecnologie PCB dal produttore. Un consiglio utile qui è che i produttori di componenti di solito forniscono schemi di cablaggio raccomandati per le loro parti, quindi assicuratevi di controllare lì per risparmiare tempo.

Traccia il percorso

Dopo aver completato il percorso di fuga, è il momento di instradare le tavole rimanenti. Se sono state configurate completamente le regole di progettazione, è possibile utilizzare strumenti di instradamento interattivo automatico o strumenti di instradamento batch per completare manualmente questo instradamento. Non importa quale metodo si utilizza, i seguenti punti devono essere tenuti a mente per garantire il buon routing:

I percorsi del segnale ad alta velocità devono essere mantenuti brevi e instradati da punto a punto.

Tracce sensibili devono essere instradate sullo strato interno inserito tra i piani di riferimento nella configurazione stripline.

Le coppie differenziali devono essere cablate in coppia. Utilizza le funzionalità di automazione del tuo sistema di progettazione per instradare queste tracce e assicurarti che le coppie non siano interrotte da vias o altri ostacoli.

Per i gruppi di rete le cui lunghezze devono corrispondere tutte, iniziare con la connessione più lunga. Per le reti rimanenti del gruppo, ad ogni traccia viene aggiunta una funzione di regolazione per corrispondere alla prima rete instradata alla stessa lunghezza. La sintonizzazione viene solitamente effettuata aggiungendo una forma d'onda o una topologia del trombone alla traccia per estendere la traccia, e di solito viene eseguita automaticamente da uno strumento CAD.

Non instradare linee digitali sensibili attraverso alimentatori rumorosi o aree analogiche dei circuiti.

Potenza e piano di terra

La progettazione di una rete di distribuzione di energia pulita (PDN) per PCB ad alta velocità è fondamentale per il successo complessivo della progettazione. I componenti ad alta velocità generano più rumore sul circuito stampato a causa della loro velocità di commutazione, che è controllata da condensatori bypass. È anche importante ricordare che il piano di terra sarà utilizzato come piano di riferimento per il ritorno del segnale. Fare attenzione a non instradare tracce sensibili dove questi percorsi di ritorno del segnale sono bloccati da densi tramite posizionamento, tagli di circuito o piani divisi, in quanto ciò ridurrà l'integrità del segnale di queste tracce.

Come potete vedere, il cablaggio ad alta velocità è molto di più che gettare tracce uniche sulla scheda. Molti aspetti del layout PCB devono essere completati routing per completare la progettazione ad alta velocità. Come abbiamo detto all'inizio, tutto inizia con l'impostazione corretta della scheda con il produttore del contratto PCB prima che inizi il layout.

Lavora con il tuo PCB CM per ottenere la migliore tecnologia di routing ad alta velocità

Anche se di solito è possibile far funzionare vecchi progetti PCB trasformando gli stack di strati in layout, i progetti ad alta velocità dovrebbero iniziare con stack chiaramente configurati. Anche se i progettisti di PCB di solito hanno familiarità con diverse configurazioni di strati di scheda, ci sono molte altre variabili che devono essere prese in considerazione per la progettazione ad alta velocità. Questi includono materiali del circuito stampato, cablaggio ad impedenza controllata, coppie di strati e processi di assemblaggio. La cosa migliore che puoi fare è consultare prima il produttore del contratto PCB per assicurarti di utilizzare la configurazione dello strato più ottimizzata per il tuo design.