Cómo leer una tabla de impedancia de PCB

En los primeros días del software ECAD, no todos los diseñadores tenían acceso a un calculador de impedancia de trazas de PCB. Sin embargo, aún podrían necesitar diseñar un PCB de alta velocidad o un PCB de RF, y eso significa que hay un requisito de impedancia de traza. Para pares diferenciales, esto significaba que había un requisito de impedancia de par diferencial, o más bien un requisito de impedancia de modo impar. No importa cuál fuera el caso, si no tenías un calculador de impedancia, tenías que confiar en mediciones, o en algún otro conjunto de datos para obtener un valor preciso para el ancho de traza en tu PCB.

Si querías ignorar completamente la impedancia, simplemente usarías una técnica desactualizada como asignar una regla de longitud crítica a cada red. Si querías precisión, aquí es donde los fabricantes entrarían en juego. Algunos fabricantes pueden suministrar un apilado estándar que puede ser utilizado para muchos diseños diferentes. Mientras no se necesiten materiales especiales, los apilados estándar pueden ser utilizados para muchos sistemas diferentes, incluidos los PCBs de alta velocidad. Y para comunicar el ancho de traza requerido para diferentes valores de impedancia, el fabricante puede suministrar una tabla de impedancia.

¿Qué es una Tabla de Impedancia de Trazas?

Una tabla de impedancia de PCB proporcionará el ancho de traza requerido para tener un valor de impedancia objetivo en un apilado estándar. Para pares diferenciales, también se da un valor de espaciado. Los fabricantes dan tablas de impedancia de trazas como guías a los diseñadores que necesitan implementar impedancia controlada en sus PCBs. Son muy simples de leer, y los valores en una tabla de impedancia de trazas pueden ser utilizados para crear reglas de diseño en tu sistema CAD. A continuación, se muestra un ejemplo de tabla de impedancia para un PCB de 8 capas.

Todas las tablas de impedancia de PCB tienen algunas características comunes:

• Generalmente listarán una única especificación de impedancia simple (y posiblemente una diferencial) por capa
• Se suministrarán correspondientes a un apilado estándar específico, o el fabricante puede proporcionar datos medidos para un apilado personalizado
• Algunas casas de fabricación incluirán un valor de pérdida para cada capa en la tabla de impedancias
• Las tablas de impedancia usualmente tendrán solo valores de impedancia estándar, como 50 Ohms en modo simple o 100 Ohms en modo diferencial

Cómo se crean las tablas de impedancia de PCB

Si estuvieras tomando un enfoque de dieléctrico controlado para diseñar tu apilado, estarías usando un simulador o una calculadora con datos de Dk de una hoja de datos para calcular la impedancia en cada capa. La otra opción es medir la impedancia en cada capa a partir de un cupón de prueba. Los fabricantes harán lo mismo, solo que suministran estos datos a los diseñadores para que un diseñador no necesite hacer estas simulaciones, cálculos o mediciones por su cuenta.

Los apilados de capas estándar generalmente usarán un dieléctrico comúnmente disponible con el que el fabricante esté muy familiarizado. Esto significa que ya pueden tener muchos datos medidos para ese conjunto particular de materiales, especialmente si las impedancias requeridas son valores comunes. Si no tienen datos medidos disponibles, pero proporcionan tablas de impedancia, probablemente estén determinando esto a partir de una herramienta de simulación como Simbeor o Ansys.

Cuando se miden los parámetros S, se capturan como un espectro. A continuación, se muestra un ejemplo. Cuando se proporciona pérdida en una tabla de impedancia, nunca se proporciona como un espectro. Normalmente se proporciona a una frecuencia específica, típicamente 5 o 10 GHz.

Precisión de modo simple versus diferencial

Algo que a veces veo en las tablas de impedancia es una declaración incorrecta de la impedancia diferencial en la misma capa que una impedancia de modo simple. Como ejemplo, la impedancia diferencial y la impedancia de modo simple en la misma capa podrían ser citadas como se muestra a continuación.

¿Puedes detectar el error en la tabla anterior?

El error aquí está en las primeras dos filas. Se ha tomado la impedancia diferencial como si fuera igual al doble de la impedancia unilateral, lo cual es incorrecto. La impedancia unilateral es la impedancia característica, mientras que la impedancia diferencial siempre es el doble de la impedancia de modo impar.

Como deberías saber a estas alturas de otro artículo, es bastante común que la impedancia de modo impar sea muy diferente de la impedancia unilateral, y desviaciones del 10% o 20% son comunes. Si ves una entrada como la mostrada en la primera fila arriba, es probable que la entrada sea inexacta.

La excepción se da en capas muy delgadas. Cuando el grosor de la capa (H) es mucho menor que el espaciado entre las trazas en el par diferencial (S), entonces la impedancia de modo impar puede ser muy similar a la impedancia característica. Esta es una situación típica en capas delgadas, como las que se encuentran en las placas HDI.

¿Deberías usar una tabla de impedancia?

Creo que las tablas de impedancia son útiles como una verificación contra el apilado que diseñas en tu herramienta CAD. Sin embargo, si quieres ser un experto en diseño de alta velocidad, entonces necesitas aprender a aprovechar el software de diseño de PCB para calcular la impedancia de las trazas usando información de una hoja de datos de materiales de PCB. Toma un rol activo al principio de tu diseño y estarás completamente preparado para conquistar sistemas digitales y de RF más avanzados.

Afortunadamente, no tienes que adivinar el ancho de traza necesario para alcanzar un objetivo de impedancia, solo usa el calculador de impedancia de PCB completamente integrado en Altium Designer®. Para implementar la colaboración en el entorno interdisciplinario de hoy, las empresas innovadoras están utilizando la plataforma Altium 365™ para compartir fácilmente datos de diseño y poner proyectos en fabricación.

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