Top 3 técnicas de enrutado PCB para integridad de señal en alta velocidad

El diseño de PCB es esencial para ingenieros eléctricos y no es aparentemente fácil diseñar una PCB perfecta. Una PCB perfecta deriva no solo de la racionalidad en selección y distribución de componentes, sino también de su alta conductividad de señal. En esta tesis se introducen y muestran conocimientos sobre técnicas de enrutado en diseño de circuitos PCB de alta velocidad para ayudar en tu trabajo de ingeniería.

Enrutado PCB basado en placa multicapa

Al diseñar PCB, la mayoría de ingenieros prefieren completar el enrutado de alta velocidad usando placas multicapa. Además de su papel como núcleo de la PCB, este tipo de placa multicapa también reduce la interferencia del circuito, método principal para ingenieros frente a este problema. Al diseñar circuito de señal de alta velocidad en PCB basado en placa multicapa, los ingenieros deben reducir el tamaño de la placa determinando racionalmente el número de capas, aprovechar la capa intermedia para blindaje y ground cercano, lo que reduce efectivamente la inductancia parásita, acorta la longitud de transmisión de señal, reduce interferencia cruzada entre señales, etc. Todo esto beneficia la fiabilidad del circuito de señal de alta velocidad.

Además de los métodos arriba para aumentar fiabilidad de transmisión con placa multicapa, datos de autoridad muestran que con el mismo material, el ruido generado por placa de 4 capas es 20 dB menor que por placa de 2 capas. En doblado de pistas, menos dobleces, mejor. Mejor usar línea recta; si se requiere doblado, usar línea a 45° o arco para reducir emisión externa de señal de alta velocidad, acoplamiento mutuo, radiación y reflexión.

Hacer el pin de conexión entre componentes en circuito de alta velocidad lo más corto posible

En diseño y enrutado de circuito PCB de alta velocidad, los ingenieros deben hacer el pin de conexión entre componentes en circuito de alta velocidad lo más corto posible. Cuanto más largo el pin, mayor la inductancia y capacitancia distribuidas, lo que causa reflexión y oscilación en circuito de alta velocidad.

Además de acortar pines entre componentes en alta velocidad, la alternancia de capas entre pines de componentes en cada circuito de alta velocidad debe acortarse en el enrutado PCB, es decir, los agujeros pasantes (vias) en conexión de componentes deben ser los mínimos posibles. Generalmente, una via aporta ~0,5 pF capacitancia distribuida, aumentando明显 el retardo del circuito. En enrutado de alta velocidad, la interferencia cruzada por enrutado paralelo de corto alcance entre líneas de señal debe considerarse plenamente. Si no se puede evitar distribución paralela, se puede colocar un ground plane grande detrás de las líneas paralelas para reducir interferencia. En dos capas adyacentes, la dirección de enrutado debe ser perpendicular.

Ground surround (blindaje de tierra) en líneas de señal especialmente importantes o zonas locales

En diseño de enrutado PCB, se sugiere usar ground surround en líneas de señal especialmente importantes o zonas locales. El enrutado se realiza en señales menos susceptibles a interferencia (señal de reloj, señal analógica de alta velocidad) añadiendo hilo de tierra de protección en periferia, con líneas de señal a proteger en el medio. Esto es porque ningún tipo de enrutado puede formar bucles, ni el hilo de tierra. Pero si surge circuito de bucle, habrá gran interferencia. La ventaja del enrutado con ground surround evita bucles efectivamente. Se sugiere colocar uno o varios condensadores de desacoplamiento alta frecuencia cerca de cada bloque de circuito integrado. Al conectar tierra analógica o digital a tierra común, usar choke de alta frecuencia. Algunas líneas de señal alta velocidad requieren tratamiento especial: señal diferencial en misma capa y lo más paralela posible. Ninguna señal entre líneas diferenciales; cada una misma longitud.

Además, al diseñar enrutado de señal PCB, evitar ramificaciones (branch) o stubs en cableado alta velocidad. Como radiación electromagnética grande se genera cuando hilos alta frecuencia están en capa superficial, estos deben colocarse entre planos de potencia y tierra para reducir radiación al máximo por absorción electromagnética de potencia y capa inferior.

Por supuesto, en proyectos prácticos, la teoría nunca precede a la práctica. Comparto experiencia en diseño de enrutado PCB. Primero, si no eres el único diseñador de enrutado, reserva tiempo suficiente para revisar diseños de otros. La prevención vale más que la corrección. Es ingenuo esperar que los enrutadores entiendan lo que piensas. Tus consejos e instrucciones son lo más importante en etapa inicial. Cuanta más info proporciones y más te involucres, mejores PCB obtendrás. Buen método: establecer punto de finalización tentativo para el ingeniero de enrutado para que el procedimiento siga estrictamente tus pasos. Es como bucle cerrado: el enrutado no se desvía, minimizando retrabajo.

Instrucciones a proporcionar a ingenieros de enrutado: descripción breve de función del circuito; boceto PCB con etiquetas de entrada/salida; info de capas (espesor, nº capas, detalle cada capa señal y ground plane); tipo de señal por capa; requisitos de ubicación de componentes importantes; lugares específicos de componentes bypass; importancia de líneas impresas; circuitos que requieren control de impedancia; circuitos que requieren igualación de longitud; tamaños de componentes; líneas, circuitos o componentes que requieren distancia o proximidad; tipo de componentes en cara superior o inferior.

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