PCB de alta velocidad:una guía completa

Sin duda, la mayoría de los proyectos de ingeniería habituales utilizan el diseño de PCB estándar. Además, los PCB tradicionales no pueden funcionar para todo. Entonces, si se trata de una aplicación avanzada, necesitará una PCB de alta velocidad.

Sin embargo, diseñar PCB de alta velocidad puede ser complicado. Deberá prestar atención a detalles como la integridad de la señal, los reflejos y la diafonía. Si no está familiarizado con alguno de estos términos, este artículo es para usted.

En este artículo, aprenderá todo sobre las PCB de alta velocidad y las reglas para diseñar una. También lo compararemos con una PCB de alta frecuencia.

Entonces, comencemos.

¿Qué es una PCB de alta velocidad?

Sistema de alta velocidad

Los PCB de alta velocidad son dispositivos que utilizan señales de alta velocidad para transferir datos entre componentes. Las señales viajan por las pistas de cobre de la placa hasta que alcanzan sus objetivos. Además, la señal puede ser analógica o digital.

Sin embargo, solo hay una pequeña diferencia entre las placas de alta velocidad y las estándar. Pero primero, debe saber esto:lo que usamos para clasificar un sistema como de "alta velocidad" son las tasas de borde de señal del sistema. Entonces, si es rápido, es un PCB de alta velocidad. Por lo tanto, la tasa de flanco de la señal del sistema separa la alta velocidad de las PCB estándar.

También consideramos cualquier PCB que tenga una alta integridad de señal como un PCB de alta velocidad. Otros indicadores que pueden ayudarlo a diferenciar un diseño de alta velocidad de uno regular es que las PCB de alta velocidad tienen extremos frontales de RF para redes inalámbricas.

Además, la mayoría de los diseños de alta velocidad se centran en diseños interconectados, diseños de apilamiento de PCB y enrutamiento. Así que la tercera área no será una molestia si haces las cosas bien en las dos primeras áreas.

Aplicaciones de PCB de alta velocidad

Múltiples PCB

Los PCB de alta velocidad funcionan en casi todas las aplicaciones. Estas son algunas de las aplicaciones que admiten el uso de PCB de alta velocidad:

• Puede usar PCB de alta velocidad en sistemas de comunicación de red. El objetivo principal aquí es la verificación de la integridad de la señal.
• Las PCB de alta velocidad pueden crear placas de prueba digitales de alta velocidad. Estas placas pueden probar diferentes señales, incluida la atenuación de la señal de RF.
• Los PCB de alta velocidad también pueden crear potentes productos electrónicos de consumo con grandes volúmenes y un corto tiempo de comercialización.
• Los PCB de alta velocidad también pueden crear circuitos de radio con un alto requerimiento de control de impedancia.
• Además, estas placas también funcionan en equipos médicos que necesitan operaciones de alta velocidad.

Otros productos que utilizan PCB de alta velocidad incluyen:

• Enrutadores
• Canales de datos de alta velocidad
• Servidores
• Amplificadores de potencia
• Redes de área de almacenamiento
• Módulos transceptores

Reglas y desafíos del diseño de PCB de alta velocidad

Placa de circuito impreso

Como cualquier otro proceso de diseño de PCB, los PCB de alta velocidad tienen reglas que definen su método de diseño. Mientras analizamos algunas de las reglas en detalle, también examinaremos los posibles desafíos de diseño.

Impedancia

Debe tener en cuenta dos valores de impedancia al diseñar un diseño de PCB alto. Estos valores de impedancia incluyen la impedancia de un solo extremo Zo y la impedancia diferencial Zdiff.

Estos son los valores de impedancia comunes para las interfaces paralelas y seriales. Además, es esencial apegarse a la impedancia correcta al diseñar sus PCB de alta velocidad. De lo contrario, las pistas de su PCB tendrán reflejos de señal.

Eso no es todo. El uso de la impedancia incorrecta también causará pérdida de calidad de la señal, baja frecuencia de trabajo y generará EMI insoportable.

Otros tipos de impedancia que debe considerar, aunque son raros, incluyen:

• ZCM común
• Modo uniforme Zoe
• Y zoológico en modo impar

Puesta a tierra

Para la mayoría de los diseños de PCB de alta velocidad, es imposible rastrear todas las interfaces en una capa. Por lo tanto, necesitará la ayuda de vías para transferir rastros a múltiples capas. Sin embargo, existen reglas específicas que rigen este proceso.

• Sus diseños deben tener el mismo potencial de polígono GND en todas las capas, especialmente cerca de las vías de señal. A estas vías GND las llamamos vías de costura, y deben estar lo más cerca posible del polígono GND. Además, cumplir con esta regla garantizará que todas las trazas de alta velocidad tengan la misma referencia GND.

• Tenga cuidado al diseñar sus vías. Un mal diseño causará problemas de impedancia en tu placa. Pero puede evitar esto asegurándose de que todas las vías tengan los diámetros correctos.

• Usar vías para el enrutamiento de señales de alta velocidad puede ser complicado. Por lo tanto, debe colocar suficiente espacio entre las vías para evitar una alta densidad de corriente y un sobrecalentamiento.

diafonía

La diafonía es cualquier efecto no deseado que se genera al transmitir señales a través de una vía de comunicación. Estos efectos no deseados suelen estar en las pistas vecinas y, a menudo, provocan cambios en la señal.

Además, la diafonía suele ocurrir cuando las pistas pasan demasiado cerca unas de otras. En tal caso, puede reducir la diafonía dejando al menos 3W de espacio entre las pistas.

Para pares diferenciales, use la regla de 5W para espaciar sus pistas correctamente. Además, si su placa requiere un par diferencial que transmita señales periódicas, le recomendamos mantenerlo a una distancia mínima de 8 W de otros pares diferenciales.

Además, debe haber suficiente distancia entre las pistas con señales asíncronas y las pistas de señales de alta velocidad. Además, puede minimizar la diafonía en tableros multicapa enrutando pistas perpendiculares a las pistas del tablero vecino.

Ubicación de componentes

PCB con Componentes

La ubicación de los componentes es esencial para los diseños de PCB de alta velocidad. Antes de comenzar su diseño, planifique dónde colocará sus componentes.

Idealmente, debe colocar un polígono GND separado para los componentes analógicos (si los hay) y mantenerlos alejados de los rastros y componentes digitales. De esa manera, puede evitar problemas de EMI.

Además, los componentes de alta velocidad no necesitan trazas muy largas. Por lo tanto, asegúrese de mantener suficiente espacio para ajustar la longitud para que no permanezcan cerca de las fuentes de interferencia.

Además, debe evitar colocar componentes de alta velocidad cerca del borde de la placa. Tendrá efectos adversos en la calidad de su señal. En su lugar, puede colocar dichos componentes hacia el centro.

Forma de la pista

Diferentes formas de pista

Las vías de alta velocidad deben tener esquinas redondeadas y lisas. Además, debe evitar hacer giros bruscos. Sin embargo, puede tomar una cantidad razonable de tiempo obtener la mejor forma de pista.

La mejor manera de obtener la forma de pista óptima y evitar cambios de impedancia es doblarlas en ángulos de 45 grados.

Los tres grandes problemas de los diseños de PCB de alta velocidad

Los PCB de alta velocidad tienen muchos problemas que podrían hacer que un circuito sea inútil si no los resuelve. Y, de todos los diversos problemas, hemos enumerado tres principales que debe evitar. Así que echemos un vistazo más de cerca a estos tres.

Tiempo

Su tablero tiene problemas de temporización si sus señales no se transmiten correctamente, especialmente en comparación con otras señales. Un reloj controla todas estas señales, por lo que si su sincronización es terrible, los únicos datos que recibirá serán datos corruptos.

Solución:puede resolver este problema haciendo coincidir dos longitudes de seguimiento acopladas. Sincronizará los rastros con las frecuencias de su reloj y los hará transmitir al mismo tiempo.

Ruido

El ruido es cualquier forma de interferencia que afecta sus señales durante la transmisión. Hay algo de ruido en cada PCB, pero un alto nivel de ruido puede dañar los datos. Por lo tanto, convertirlo en un problema que debes evitar en tus diseños.

Solución:Mantenga suficiente distancia entre sus trazos, haciéndolos menos susceptibles al ruido. El distanciamiento adecuado también reducirá el nivel de ruido de su PCB.

Integridad

Si sus señales no se ven como deberían después de la transmisión, se ha comprometido la integridad. Tales situaciones suelen ser el resultado de interferencias que pueden afectar la integridad de una señal durante la transmisión.

Solución:El uso de una impedancia adecuada entre un receptor y un transmisor puede mejorar la integridad y la calidad de su señal. También reducirá la sensibilidad al ruido de su señal.

Habilidades de diseño de PCB de alta velocidad

Diseño de PCB

Estas son algunas habilidades que necesita antes de diseñar una PCB de alta velocidad.

Cómo enrutar trazas con control de impedancia

PCB con trazos azules

Debe comprender cómo calcular la pila de capas y el ancho de trazo. Los resultados de estos cálculos le darán los valores de impedancia esenciales. Los valores de impedancia incorrectos afectarán negativamente su señal y conducirán a la corrupción de datos.

Minimización del área de bucle

Las señales de alta velocidad son bastante susceptibles a los problemas de EMI/EMC. Pero puede reducir el impacto de estos problemas siguiendo reglas básicas simples. Estas reglas incluyen la reducción de áreas de bucle, el uso de planos de tierra continuos y muchas vías de unión, y la optimización de rutas de retorno de trazas.

Habilidades de enrutamiento de alta velocidad

Hay muchas cosas a tener en cuenta al enrutar rastros de alta velocidad. Primero, debe saber cómo cortar planos de tierra y mantener los trazos cortos. También debe proteger sus trazas de interferencias y espaciar las líneas digitales para evitar la diafonía.

Usar software de diseño avanzado

El diseño de PCB de alta velocidad requiere muchas características complejas de su software CAD. Y necesita la habilidad necesaria para manejar estas características. De esa forma, puede evitar diseñar terribles esquemas de alta velocidad.

PCB de alta velocidad frente a PCB de alta frecuencia

Placa de circuito impreso

Aunque alta velocidad y alta frecuencia tienen definiciones diferentes, su tablero es esencialmente el mismo. Ambos utilizan la onda sinusoidal como portadora de señales moduladas.

Sin embargo, hay ligeras diferencias. Por ejemplo, usamos circuitos de alta velocidad cuando el voltaje aumenta y disminuye en períodos cortos. Al mismo tiempo, utilizamos placas de alta frecuencia con ciclos de cortocircuito.

Las diferencias no son tan claras como para establecerlas como tableros separados. Incluso utilizan los mismos materiales base. Debe concentrarse en mantener la integridad de la señal o su circuito.

Redondeando hacia arriba

PCB de alta tecnología

Muchas cosas podrían salir mal si no tiene cuidado al diseñar PCB de alta velocidad. A diferencia de las PCB normales, necesita mucho tiempo y atención para desarrollar un esquema de circuito de alta velocidad adecuado.

Además, necesita habilidades específicas antes de hacer cualquier diseño, como saber cómo enrutar sus trazas correctamente y medir la impedancia. También debe vigilar la ubicación de sus componentes para evitar complicar las cosas a los fabricantes.

¿Quieres fabricar PCB de alta velocidad? Entonces, contáctenos y con gusto le ofreceremos los mejores consejos y servicios.