Consideraciones para el diseño de PCB de alta velocidad: Consejos para la colocación y enrutamiento de capacitores de desacople

Hace muchos años, la mayoría de los diseños de placas en los que estaba involucrado eran diseños digitales simples. Colocar y enrutar capacitores de desacople en esos diseños era muy fácil, y a menudo la circuitería era lo suficientemente lenta como para que no se necesitaran capacitores cerámicos. La mayoría del tiempo, considerábamos la colocación y el enrutamiento de los capacitores de desacople más como un pensamiento secundario que como una consideración de diseño primaria. Recuerdo cómo algunos de los ingenieros incluso me instruyeron para "esparcir" capacitores de desacople aquí y allá como si fueran poco más que decoraciones azucaradas en un pastel. No parecía haber mucha preocupación sobre cuántos usar, dónde deberían colocarse, o cómo deberían conectarse.

Más adelante, a medida que los diseños crecían en complejidad y velocidad, la necesidad de diseñar una red de distribución de energía () en la placa también aumentó. Ahora, con los requisitos de integridad de señal de un diseño de alta velocidad, un diseñado con precisión se ha vuelto imperativo para el mejor rendimiento de la placa.

Veamos consejos para PCB de alta velocidad y cuáles son algunos de los requisitos de colocación de capacitores de desacople en el de un diseño de alta velocidad, y qué tipo de estrategias de colocación y enrutamiento te ayudarán mejor en esa capa de tierra.

¿Qué hace este capacitor?

¿Qué están haciendo los capacitores de desacople?

Los procesadores y otros circuitos integrados en un PCB de alta velocidad demandarán picos agudos de corriente que la fuente de alimentación no puede entregar. Las fuentes de alimentación están diseñadas para suministrar una cantidad nivelada de energía a través de todo el diseño del PCB, en lugar de ráfagas cortas. Para resolver este problema, se puede colocar un capacitor de desacoplo cerca del CI para suministrar la corriente requerida para estos picos rápidos. Un capacitor de desacoplo hace esto almacenando energía y luego descargándola al CI cuando requiere corriente excesiva. Esto le da tiempo a la fuente de alimentación para responder. Después del pico, el capacitor de desacoplo se recarga y está listo para el próximo ciclo.

Los capacitores de desacoplo también son importantes para reducir el rebote de tierra que puede provenir de dispositivos digitales que tienen tiempos de conmutación más rápidos. Los capacitores de desacoplo también se utilizan para filtrar el ruido de baja frecuencia causado por la fuente de alimentación y son útiles con otros problemas de integridad de señal y EMI también.

¿Cuántos capacitores de desacoplo se deben usar?

La cantidad de condensadores de desacoplo necesarios para un diseño dependerá en relación con los dispositivos a los que están asignados y cuántos de estos se están utilizando. Los condensadores de gran capacidad en el rango de 10uF suelen utilizarse para cada caída de voltaje en la placa de circuito. Deben posicionarse donde se desarrolla el voltaje o donde entra en la placa de circuito. En algunos dispositivos, se utilizan en conjunto con condensadores de desacoplo de alta velocidad.

En general, se debe colocar al menos un condensador de desacoplo de alta velocidad en el rango de 0.1uF por cada CI. Deben colocarse lo más cerca posible de su respectivo CI para suministrar corriente de inmediato. Recomiendo que los dispositivos con múltiples pines de alimentación tengan al menos un condensador de desacoplo para cada pin de alimentación. Aunque esto ocupará más espacio en la placa de circuito, puede ayudar significativamente a reducir el rebote de tierra.

Condensadores y otros trabajando en un PCB

Prácticas recomendadas para la colocación y el enrutamiento de condensadores de desacoplo

Como mencioné anteriormente, debes colocar tus condensadores de desacoplo lo más cerca posible del dispositivo al que están asignados. Esto puede ser debajo del dispositivo en el lado opuesto del diseño de la PCB, o justo al lado de los pines a los que está conectado el condensador de desacoplo en el mismo lado de la placa.

Para circuitos que requieren múltiples condensadores de desacoplo colocados cerca del pin de alimentación de un dispositivo específico, los condensadores deben colocarse junto a ese pin en orden ascendente de valor. Por ejemplo, si se especifican tanto un condensador de .01uF como uno de 10uF para un dispositivo específico, coloque el de .01uF más cerca del dispositivo con el de 10uF más alejado de este. De esta manera, el condensador de mayor capacidad recargará el condensador de alta frecuencia que está más cerca del pin del dispositivo.

Cuando estés realizando el trazado de un condensador de desacoplo, debes comenzar desde el pin de alimentación o tierra del dispositivo e ir directamente al pin del condensador. Desde allí, el trazado puede continuar hacia un vía que lo conecte con el plano de alimentación o tierra. También debes usar un trazo de PCB tan corto y ancho como sea posible para conectar el condensador de desacoplo, y usar tantas vías como sea posible para conectarte al plano de alimentación o tierra.

La colocación y el enrutamiento de tus capacitores de desacople para obtener la mejor red de distribución de energía posible es una parte importante de tu diseño de PCB de alta velocidad. Los consejos que se han discutido aquí te darán un buen inicio, y también tienes disponibles otros recursos. El software de PCB, como Altium Designer, cuenta con herramientas de análisis de CC, como su PDN Analyzer^™ . Estas te permiten analizar y resolver problemas de la red de distribución de energía durante el diseño del layout de la PCB antes de construir una placa real.

¿Te gustaría saber más sobre cómo Altium puede ayudar con el diseño del layout de bucle de corriente de tu PCB de alta velocidad? Habla con un experto en Altium.

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