Leiterplatten-Impedanzrechner für das PCB-Design

Zachariah Peterson
|  Erstellt: October 5, 2020  |  Aktualisiert am: November 14, 2020

Sobald Sie mit dem Entwurf von Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenz-Leiterplatten beginnen, wird die Impedanz in den Leiterbahnen zu einem wichtigen Parameter, der beim Entwurf berücksichtigt werden muss. Unstimmigkeiten bei der Impedanz zwischen Signalquellen, Lasten und den Leiterbahnen, an denen sie angeschlossen sind, können die Signalintegrität beeinträchtigen und die Leiterplatte beschädigen. Anstatt die Impedanz jeder Leiterbahn in Ihrer Leiterplatte von Hand zu berechnen, kann Altium Designer die Leiterplattenimpedanzberechnungen als Teil Ihrer Designregeln integrieren. Dies rationalisiert Ihren Designprozess und stellt sicher, dass Signalprobleme unter Ihrer Kontrolle bleiben.

ALTIUM DESIGNER

Ein vollständig vereinheitlichtes, stark regelgesteuertes Leiterplattendesign-Paket mit Leiterplatten-Impedanzrechner.

Wie in jedem anderen Bereich des Engineerings wird eine Reihe von Gleichungen verwendet, um verschiedene Designparameter in Leiterplatten zu definieren und zu berechnen. Diese Gleichungen spezifizieren alles von den dielektrischen Eigenschaften des Substrats bis zu den elektrischen Eigenschaften Ihrer Leiterbahnen. Trotz der zahlreichen Gleichungen beim Entwurf einer neuen Leiterplatte kann Ihre Designsoftware eine einzigartige Rolle bei der Rationalisierung dieser Berechnungen spielen und sie zur Designvalidierung verwenden.

Anstatt das Rad neu zu erfinden, sollte Ihre Leiterplattendesign-Software diese Gleichungen als Teil des Designprozesses integrieren. Sie müssen nicht jede einzelne Gleichung auswendig lernen, und Sie müssen Berechnungen nicht von Hand anstellen. Ihre Designregeln sollten Ihr Design dann anhand der Anforderungen prüfen, die Sie mit diesen Gleichungen angeben. Die beste Leiterplattendesign-Software integriert diese Funktionen in Ihre Designtools, um Ihre Designproduktivität zu maximieren.

Designregeln: Der Grundstein für den Designerfolg

Ihre Designregeln sind nicht dazu da, Ihre Kreativität einzuschränken. Sie dienen dazu, sicherzustellen, dass Ihre Leiterplatte wie gewünscht funktioniert und alle Funktionen sind gut miteinander daran. Wenn Sie nicht sicher sind, wie diese Leiterbahnen am besten zwischen den Komponenten verlegt werden sollen, wo die Komponenten in Bezug auf Masseflächen / Leistungsschichten platziert werden sollen oder ob Sie Ihre Kontaktstellen und Durchgänge richtig entworfen haben, sind Ihre Designregeln für Sie eine Kontrolle.

Ihre Designregeln sind nicht nur für das Überprüfen der Komponentenplatzierung gedacht. Bestimmte Funktionen in Ihrem Layout, wie beispielsweise Leiterbahnen und Durchgänge, haben wichtige Regeln und Einschränkungen in Bezug auf ihre Geometrien und Abstände, die befolgt werden sollten, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten. Wenn Ihre Leiterplattendesign-Software über eine leistungsstarke Regelüberprüfungs-Engine verfügt, können Sie Designfehler vermeiden, die die Signalintegrität beeinträchtigen können, und sicherstellen, dass Ihr Gerät ordnungsgemäß funktioniert, sobald es die Produktionslinie verlässt.

Wie Designregeln die Signalintegrität gewährleisten

Probleme wie Impedanzfehlanpassungen zwischen Komponenten und Leiterbahnen, Durchgangsplatzierung, Längenanpassung und Abstand der Leiterbahn sowie viele andere Designparameter werden mit dem Ziel spezifiziert, die Signalintegrität in Ihrem Gerät sicherzustellen. Eine hervorragende Leiterplatten-Software enthält diese Standard-Designregeln und ermöglicht Ihnen die Anpassung von Designregeln an Ihre Anwendung.

Der Editor für Leiterplatten-Impedanzrechner-Designregeln in Altium Designer

Der Editor für Leiterplatten-Impedanzrechner-Designregeln in Altium Designer

Impedanzberechnungen als Designregeln

In einigen Fällen können Impedanzrechner sehr nützlich sein, da Sie damit die Impedanz einer Leiterbahnenanordnung ziemlich schnell berechnen können. Die Gleichungen, die die Impedanz in einer Leiterbahn definieren, sind spezifisch für die Geometrie der Leiterbahn, ihre Anordnung in der Leiterplatte (Mikrostreifen vs. Streifenleitung), die asymmetrische Anordnung der Leiterbahn und das die Leiterbahn umgebende Substratmaterial. Das Halten eines Leiterbahnenimpedanzrechners kann nützlich sein, solange Sie wissen, wann er verwendet wird.

Es ist nicht so, dass Leiterbahnenimpedanzrechner schwierig zu verwenden sind, sondern dass sie Einschränkungen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit haben. Beispielsweise enthält die Gleichung für die Leiterbahnimpedanz in einem differentiellen Paar asymmetrischer Streifenleitungen eine Annäherung an die Materialparameter und die Geometrie. Andere Rechner verwenden unterschiedliche Gleichungen für dasselbe System, abhängig von der Form der Annäherung, diesie aufrufen. Bei den meistenTaschenrechnern können Sie ungültige Werte platzieren, die außerhalb des Annäherungsbereichs liegen und zu ungenauen Ergebnissen führen.

Genaue Impedanzberechnungen

Anstatt sich auf einen externen Rechner zu verlassen, Berechnungsergebnisse aufzuschreiben und Leiterbahnen um diese bestimmte Geometrie zu entwerfen, sollte Ihre Leiterplattendesignsoftware diese Funktionen in Ihre Designregeln integrieren und Ihre Impedanzwerte während des Designs automatisch überprüfen. Dadurch erhalten Sie eine erhebliche Produktivitätssteigerung und können Ihr Layout automatisch anhand dieser kritischen Designparameter prüfen.

Da Leiterplattendesignregeln anpassungsfähig sein müssen und die Impedanzwerte für die Ablaufverfolgung ein gewisses Toleranzniveau aufweisen, sollte es Ihr Editor für Designregeln einfacher machen, die geeigneten Einschränkungen für die Ablaufverfolgungsimpedanz festzulegen. Die Gleichungen, die Ihr Programm zur Bestimmung der Leiterbahnimpedanz verwendet, sollten ebenfalls bearbeitbar sein, da Sie damit Abweichungen von den typischen Annäherungswerten der Leiterbahnimpedanzgleichungen berücksichtigen können.

Der Schichtstapel-Manager in Altium Designer

Der Schichtstapel-Manager in Altium Designer

Signalintegrität in einer regelgesteuerten Umgebung

Egal, ob Sie mit einer differentiellen oder kontrollierten Impedanz auf Ihrer Leiterplatte arbeiten oder versuchen, eine geeignete Massefläche mit der erforderlichen Leiterbahnbreiten- und Impedanzsteuerung zu entwerfen, mit Software, die das Lesen der Probleme lernen kann, sind Sie besser dran auf der Suche danach. Unabhängig davon, ob ein Differenzialpaar oder eine Leiterbahndicke in Ihrer Schaltung vorhanden ist, sollten Sie die beste Designumgebung haben.

Die Designregeln in Ihrer Leiterplatten-Impedanzrechner für das PCB-Design müssen in die restlichen Designtools integriert werden, um sicherzustellen, dass Ihr Gerät funktionsfähig bleibt. Ihre Layout- und Routing-Tools müssen auf Ihre Designregeln zugreifen, um sicherzustellen, dass Ihr Design funktionsfähig ist. Die Signalintegrität ist für das Hochgeschwindigkeits-Design von entscheidender Bedeutung, und Ihre Leiterplattendesign-Software sollte die besten Simulationstools zur Überprüfung der Funktionalität Ihres Geräts enthalten. Designregeln können nur so viele Probleme vorhersehen, und Signalintegritätssimulationen sind für die Überprüfung der Funktionalität Ihres Geräts unerlässlich.

Einheitliches Design in Altium Designer

All diese Kommunikation zwischen Designtools ist nur in einer vollständig vereinheitlichten Designumgebung möglich. Altium Designer stellt die Überprüfung der Regeln und die Einhaltung der Regeln in den Mittelpunkt des Designprozesses. Der Rest der Leiterplattendesign-Industrie trennt alle diese Funktionen noch in separate Programme mit unterschiedlichen Workflows. Anstatt nach dem gleichen alten Paradigma zu arbeiten, ist es an der Zeit, den Sprung in ein einheitliches Design zu machen.

Eine einheitliche Designplattform vereint Ihre Designmerkmale in einer einzigen Oberfläche. Integration zwischen Ihren Designregeln und genauen Impedanzberechnungen finden Sie nur in einer einheitlichen Leiterplattendesignumgebung. Dieser wichtige Analysebereich stellt sicher, dass Ihr nächstes Hochgeschwindigkeitsgerät nicht durch Probleme wie Klingeln, Geräuschkopplung oder elektromagnetische Interferenz beeinträchtigt wird.

Jetzt können Sie direkt von Altium auf die gesamte Designunterstützung zugreifen, die Sie benötigen. Jeder, der Altium Designer verwendet, kann auf das AltiumLive-Forum, Podcasts mit Designexperten, eine umfassende Wissensdatenbank und Webinare von Branchenexperten zugreifen. Altium Designer möchte nie, dass Sie alleine entwerfen und bietet Ihnen alle Unterstützung, die Sie benötigen.

Die besten Design-, Simulations- und Regelprüfungsfunktionen stellen sicher, dass Ihr Gerät nicht Opfer von Integritätsproblemen wird und wie geplant funktioniert. Nur Altium Designer liefert Ihnen all diese Tools und viele weitere in einem einzigen Softwarepaket. Diese Tools arbeiten als Teil einer einzigen Plattform zusammen, die von einer regelgesteuerten Engine verwaltet wird. Anstatt die Leiterbahngeometrie zu erraten, kann Altium Designer Ihnen helfen, sie beim ersten Mal richtig zu machen.

Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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