Consideraciones para el diseño de PCB de alta velocidad: Consideraciones sobre las formas de los componentes

<p dir="ltr"><img alt="Closeup of two IC chips" data-entity-type="file" data-entity-uuid="55882b91-abf1-455c-b771-5571556831ae" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmJkOTQ4MWYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9ZDNiYzdmOTk4ZWY5MmM1Y2FkMGRjNzFiMGQyODUxY2I%25253D" /></p>

<p dir="ltr">Al iniciar un diseño de PCB de alta velocidad, hay mucho que se debe considerar antes de que el diseño llegue a la etapa de disposición. <a href="https://resources.altium.com/p/high-speed-design-techniques-schematic-c…; rel="noopener" target="_blank">Organización del esquemático</a>, <a href="https://resources.altium.com/p/introduction-to-high-speed-pcb-designing…; rel="noopener" target="_blank">materiales de la placa</a> y <a href="https://resources.altium.com/p/board-layer-stackup-considerations-for-h…; rel="noopener" target="_blank">configuración de capas</a>, colocación crítica de componentes y cómo se deben enrutar las señales de alta velocidad son todos<a href="https://resources.altium.com/p/an-overview-of-the-high-speed-pcb-design…; rel="noopener" target="_blank"> aspectos del diseño de alta velocidad</a> que necesitan ser planificados.</p>

<p dir="ltr">A menudo hay un área que no recibe tanta consideración como todo lo demás, y esa es la forma de las huellas de los componentes. Los componentes utilizados en un diseño de alta velocidad no son físicamente diferentes de los que se usarían en un diseño convencional. Sin embargo, hay algunos cambios sutiles que se pueden hacer en las formas de las almohadillas y las huellas de los componentes que ayudarán en tus esfuerzos por crear un diseño de PCB de alta velocidad.</p>

<h2 dir="ltr"><a id="pad-shapes-for-high-speed-pcb-design">Formas de almohadillas para el diseño de PCB de alta velocidad</a></h2>

<p dir="ltr">Al evaluar las formas de las huellas para su uso en diseño de alta velocidad, el primer elemento a considerar es el tamaño de las formas de las almohadillas de la huella. A veces referidas como almohadillas de aterrizaje, estas formas son las almohadillas de metal desnudo a las que se soldarán los pines de los componentes en el PCB terminado. Usualmente, una o dos formas de almohadillas se duplican para crear una forma de huella de componente completa.</p>

<p dir="ltr">Tradicionalmente, los pads de PCB son más grandes que los pines en aproximadamente un 30%. Estos tamaños se calculan para una fabricación óptima con el fin de evitar problemas como el "tombstoning", donde partes montadas en superficie discretas como capacitores y resistencias se levantan por un lado. Estos tamaños óptimos también permiten el retoque manual con un soldador de mano e inspección visual de una unión de soldadura. Sin embargo, para un diseño de alta velocidad, el metal extra puede aumentar<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank"> la capacitancia parásita</a> y aumentar la longitud de conexión entre componentes críticos.</p>

<p dir="ltr">Para ayudar a las necesidades de alta velocidad del circuito, se debe reducir el tamaño del pad. En lugar de aumentar el tamaño del pad un 30% respecto al tamaño real del pin, un porcentaje menor, como el 5%, es más beneficioso. El menor tamaño del pad ayuda a reducir la posible capacitancia parásita. Asimismo, las longitudes de conexión pueden mitigarse disminuyendo el espaciado entre componentes. Esta práctica también es atractiva ya que utiliza menos espacio en la placa. Usar tamaños de pad más pequeños no reduce su resistencia mecánica, ya que el área de contacto entre los pines del componente y el PCB permanece igual. Sin embargo, su compensación está en la fabricabilidad de la placa. Tamaños de pad más pequeños y un espaciado más ajustado aumentan el costo de fabricación de la placa. El equipo de diseño tendrá que negociar las necesidades de alta velocidad del diseño con las necesidades de diseño para la fabricabilidad de la fabricación antes de diseñar el PCB.</p>

<p dir="ltr">Redondear las esquinas de las formas de los pads es otra mejora que beneficiará su diseño de alta velocidad. Las esquinas redondeadas le permitirán enrutar trazas más cerca de los pads, lo que disminuirá las longitudes de conexión y ayudará a compactar el tamaño de la circuitería dispuesta también.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of dense motherboard layout" data-entity-type="file" data-entity-uuid="13c1802e-8bcd-4dd1-8500-ff742d473ed7" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmM3OWYyYTYuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9MGVkOTA5NzA0OGNhMzhjZjNkMDlmY2M0MzRjNTFmMjM%25253D" /><br />
Las mejoras en las formas de los pads y vías podrían ayudar con el espaciado en diseños de alta densidad</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="via-shapes-need-consideration-as-well">Las formas de las vías también necesitan consideración</a></h2>

<p dir="ltr">Las vías generalmente no se consideran como una forma de componente de PCB, pero dado que su tamaño afectará el espacio real en la placa, también necesitan ser consideradas. Además, cualquier metal en la placa que sea parte de un circuito de alta velocidad necesita ser considerado como parte de ese circuito. Las longitudes de las pistas, el tamaño de las vías y las profundidades de las vías deben ser tomados en cuenta en los cálculos de circuitos de alta velocidad.</p>

<p dir="ltr">Lo primero que se debe considerar es el tamaño de las formas de sus vías. El tamaño de una forma de vía está determinado por el diámetro del agujero perforado, y por lo tanto, el equipo de diseño necesitará considerar qué tamaños de taladro para vías son necesarios antes del diseño. Las vías más pequeñas mejorarán el rendimiento de la señal de alta velocidad mientras que al mismo tiempo aumentan los costos de fabricación. A menudo se utilizan vías de diferentes tamaños dependiendo de los requisitos del circuito o si las vías están conduciendo energía o tierra.</p>

<p dir="ltr">Una vez que se han decidido los tamaños de las vías, lo siguiente que se debe mirar es su colocación en relación con los pads de los componentes. Convencionalmente en diseños no de alta velocidad, las vías se alejan del pad del componente para mantener un espacio óptimo entre pad y vía para fines de fabricación. Luego, el pad se conecta a la vía con una pista. Sin embargo, estas longitudes de conexión podrían ser demasiado largas para un diseño de alta velocidad.</p>

<p dir="ltr">Para acortar la longitud de conexión, el vía puede colocarse más cerca del pad, parcialmente sobre el pad o incluso completamente dentro del pad. Colocar vías de esta manera puede requerir diferentes configuraciones de CAD y ajustes de DRC, o incluso la inclusión de una forma de vía dentro de una forma de pad. También es una<a href="https://d2pgu9s4sfmw1s.cloudfront.net/UAM/Prod/Done/a062E00001d7fGQQAY/…; rel="noopener" target="_blank"> buena práctica</a> usar trazas cortas y anchas para conectar un pad de capacitor de desacoplamiento a un vía.</p>

<p dir="ltr" style="text-align: center;"><small><img alt="Picture of parts on a circuit board" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e13b1f18-4a24-4d09-a94e-a9f9b3a5cd6c" data-responsive-image-style="" src="/sites/default/files/inline-images/migrate/aHViPTY1NjQ2JmNtZD1pdGVtZWRpdG9yaW1hZ2UmZmlsZW5hbWU9aXRlbWVkaXRvcmltYWdlXzVhNGQzNmQwYjg4ZjMuanBnJnZlcnNpb249MDAwMCZzaWc9M2U1Mjk3YmY3Y2JkN2MzOGQwOTBmNTIzN2NmMDY3ODY%25253D" /><br />
Los componentes de diseño de alta velocidad deben evaluarse para elegir el mejor paquete para el circuito</small></p>

<h2 dir="ltr"><a id="component-selection-and-placement">Selección y colocación de componentes</a></h2>

<p dir="ltr">Hay algunas opciones de huellas de componentes a considerar también. Los zócalos pueden tener inductancia asociada con ellos. Por lo tanto, es una buena práctica eliminar o minimizar el uso de zócalos en un diseño de alta velocidad. Seleccionar el paquete correcto y la huella de componente acompañante también es importante. Algunos dispositivos, como los amplificadores operacionales, típicamente<a href="https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/articles/high-speed…; rel="noopener" target="_blank"> se ofrecen en diferentes paquetes</a>. Una variación de un amplificador operacional puede permitir longitudes de traza más cortas en un circuito que otra. Por último, las formas de las huellas de componentes pueden necesitar ajustes por consideraciones térmicas. Una excelente manera de disipar el calor es colocar pads de potencia directamente bajo las formas de huella de IC que están conectadas a un plano interno.</p>

<p dir="ltr">Las huellas y formas de los pads en un PCB pueden ayudar con la creación de tu diseño de PCB de alta velocidad. Incluso el cambio más pequeño podría ayudarte a apretar el enrutamiento y disminuir las longitudes de conexión, o incluso reducir problemas de inductancia parásita o problemas térmicos de alta velocidad.</p>

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