Integridad de señal y PCB

Integridad de la señal

Un problema importante cuando se trata de pautas de diseño de PCB de alta velocidad es la integridad de la señal. La pérdida de integridad de la señal con las unidades de PCB ha sido durante mucho tiempo una preocupación constante, por lo que es importante tener en cuenta las consideraciones de diseño de PCB de integridad de la señal al fabricar, vender o comprar placas de circuito impreso.

Problemas de integridad de la señal y placas de circuito impreso

Frecuencia

A bajas frecuencias, no debería experimentar ningún problema importante con la integridad de la señal. Sin embargo, al aumentar la velocidad de la señal, se obtienen frecuencias más altas, lo que puede afectar las propiedades analógicas y digitales del sistema. Es posible que experimente reflejos, rebotes en el suelo, diafonía y timbres a frecuencias más altas, lo que puede dañar seriamente la integridad de su señal.

Si anticipa frecuencias más altas, debe considerar los efectos de la línea de transmisión en la señalización de E/S en el diseño de su placa.

Velocidad

Naturalmente, la relación entre la velocidad y la frecuencia es algo que debe tener en cuenta. Las velocidades más bajas significan frecuencias más bajas y menos problemas de transmisión de señal, mientras que las velocidades más altas significan frecuencias más altas y los problemas asociados que pueden surgir con ellas.

Longitud

Otro tema a considerar cuando se trata de la transmisión y la integridad de la señal es la longitud del medio de transmisión. Cuanto más largo sea el medio de transmisión, mayor será la posibilidad de que haya algún tipo de pérdida de señal.

Afortunadamente, estos y la mayoría de los otros problemas de integridad de la señal se pueden contrarrestar con un diseño de calidad y teniendo en cuenta algunas pautas básicas de diseño al diseñar sus placas de circuito impreso.

Consideraciones de diseño de PCB de integridad de señal principal

Se ha realizado una amplia investigación sobre la mejor manera de diseñar líneas de transmisión para que las señales de alta velocidad puedan viajar con la máxima eficiencia. Para reducir los problemas potenciales con la integridad de la señal y otros problemas de transmisión, es importante asegurarse de que su proveedor de PCB proporcione placas con un diseño sólido.

A continuación se encuentran algunas de las pautas que han sido publicadas por muchas fuentes diferentes, como Texas Instruments, que abordan las señales de alta velocidad, como las señales de reloj y su enrutamiento, y brinda a los diseñadores una revisión de las coherencias importantes. Debido a que muchas cosas pueden afectar las líneas de transmisión, pueden ocurrir problemas de EMI. Para reducir estos problemas, es importante un buen diseño de PCB, y con algunas reglas de diseño simples, el diseñador de PCB puede minimizar estos problemas.

Al acercarse a sus PCB, el diseñador debe comenzar por hacer algunas preguntas básicas, que incluyen:

• ¿Hay señales sensibles y esas señales sensibles requerirán una tira o es suficiente una microcinta?
• ¿Qué tan alta es la frecuencia y qué tan rápido puede llegar el sistema?
• ¿Cuáles son las especificaciones eléctricas en las entradas y salidas de fuentes y sumideros?
• ¿Cuántos voltajes de suministro diferentes hay y cada uno necesita su propio plano de alimentación?
• ¿Cuáles son los anchos, las separaciones y las alturas mínimas para los trazos y cuál es la distancia mínima entre capas?
• ¿Existen interconexiones entre al menos dos grupos funcionales independientes?
• ¿Cuáles son los requisitos de vía? ¿Son posibles las vías ciegas o enterradas?

Consideraciones sobre la construcción de la placa de circuito impreso

Para placas de circuitos de alta velocidad, querrá asegurarse de tener multicapas con planos de suministro de energía y tierra enterrados. Para mantener cortas las conexiones a tierra y de alimentación del dispositivo para reducir la longitud de la transmisión y la probabilidad de errores, los planos de cobre sólido pueden ser muy útiles, y el plano de tierra proporciona rutas de retorno de baja inductancia para sus señales de alta velocidad.

Millennium Circuits Limited, un experto líder en el suministro de placas de circuito impreso, puede proporcionarle PCB diseñadas para permitir la transmisión de alta velocidad con una pérdida reducida de integridad de la señal, y puede ayudarlo a determinar qué paquetes de componentes se adaptan mejor a las necesidades de su negocio.

Consejos de integridad de señal de PCB

Aquí hay algunos otros consejos para tener en cuenta cuando se trata del diseño de placas de circuito impreso eficientes:

• Ángulos rectos: Evite los ángulos rectos en sus trazas porque aumentan la capacitancia en esa región, lo que genera cambios de impedancia y reflejos. Los ángulos de 45 grados son mejores y las curvas redondas son ideales.
• Vías: Aunque las vías pueden ser de vital importancia para los enrutamientos, agregan inductancia y capacitancia y provocan reflexiones. También aumentan la longitud del trazo, así que utilícelos con moderación y evite las vías en los trazos diferenciales.
• Separación de señales: Mantenga sus señales de alta y baja velocidad separadas entre sí. Separe sus señales digitales y analógicas también. Dirija las señales 90 grados entre sí para minimizar la diafonía.

Selección de laminados de PCB

Otra consideración importante es el laminado. Aunque el laminado de PCB FR4 es una opción común debido a su rentabilidad, puede afectar la integridad de la señal digital a velocidades más altas.

Para frecuencias más altas, es posible que desee considerar un laminado de mayor velocidad como Rogers RO4350. Estos laminados tendrán mejores propiedades para frecuencias más altas y le facilitarán alcanzar su objetivo de diseño. La desventaja es que este tipo de laminado tiene un costo considerablemente mayor.

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