Diseno de PCB de RF con una calculadora de guía de ondas Coplanar

Zachariah Peterson
|  Creado: February 1, 2021
Design RF PCBs With a Coplanar Waveguide Calculator

PCB de RF pueden ser placas complejas que necesitan un diseno y una distribucion de interconexion cuidadosos. Si ests diseñando una PCB de RF para microondas o frecuencias mas altas, debe tener en cuenta el enrutamiento de impedancia controlada para garantizar la integridad de la senal. Puede elegir entre muchos estilos de enrutamiento, pero cualquiera que sea el estilo de enrutamiento que elija, debe proporcionar aislamiento contra el ruido y la diafonía.

Un estilo de enrutamiento de guía de ondas coplanar es una excelente opcion para PCB de RF, ya que pueden disenarse para tener baja dispersion, alto aislamiento y menos perdida que las líneas de banda. Para disenar correctamente guías de ondas coplanares, necesitara una calculadora de guías de ondas coplanares especializada. En lugar de usar libros de texto o solucionadores de campos complejos, intente usar el conjunto completo de características de diseno de interconexion en Altium Designer. Tendra acceso a un solucionador de campo simple integrado en sus herramientas de diseno de pila de capas de PCB y un conjunto completo de herramientas de enrutamiento para su diseno.

ALTIUM DESIGNER

El mejor paquete de diseño de PCB para diseño digital de alta velocidad y diseño de RF de alta frecuencia.

El diseño y el enrutamiento de RF es una forma de arte que comienza a ser más crítica para los diseñadores digitales. Diseñar una placa con secciones digitales y de RF requiere garantizar el aislamiento entre diferentes bloques de circuitos con una planificación de piso inteligente. Además, las trazas deben enrutarse con cuidado al tiempo que se garantiza que las rutas de retorno no se crucen para crear interferencias. Las limitaciones de las placas de RF pueden ser un desafío, incluso para el diseñador digital experimentado. El enrutamiento de guía de ondas coplanar es una opción que satisface estas limitaciones y proporciona otros beneficios en PCB de RF.

Cuando se trata de enrutamiento y diseño de guías de ondas coplanares, los diseñadores deben garantizar un control de impedancia estricto, especialmente en las frecuencias de microondas o mmWave. Cuando su software de diseño de PCB incluye una calculadora de guía de ondas coplanar, puede determinar el ancho y el espaciado adecuados en una configuración coplanar como parte del enrutamiento controlado por impedancia. Esto es exactamente lo que encontrará cuando utilice las herramientas de enrutamiento y diseño de interconexión de RF en Altium Designer.

¿Qué es una calculadora de guía de ondas coplanar?

Una guía de ondas coplanar es un estilo de enrutamiento simple en el que se enruta una traza en la capa de superficie y se rodea por vertido de tierra en cada lado. Además, el enrutamiento se realiza por encima de un plano de tierra, lo que proporciona un alto aislamiento en el diseño de la PCB. Además, se puede usar una cerca de vía para atar el vertido de tierra al plano de tierra para un aislamiento aún mayor, conocido como enrutamiento de guía de ondas coplanar con conexión a tierra. Ambas variedades se muestran a continuación.

alternativoDiseño de una guía de onda coplanar

Diseño de guía de onda coplanar

Cuando necesite implementar el control de impedancia en su PCB, deberá determinar el ancho de traza de la PCB que mejor se adapte a su diseño y garantice que la impedancia de la traza tome el valor correcto. Aquí es donde una calculadora de guía de ondas coplanar se vuelve importante. El diseñador normalmente puede ingresar la impedancia deseada y la calculadora determinará el ancho de traza de la PCB necesaria para cumplir con ese objetivo de impedancia.

Factores que afectan la impedancia de la guía de ondas coplanar

Al calcular la impedancia de la guía de ondas coplanar, hay muchos factores que afectan la impedancia, las pérdidas y el aislamiento de la guía de ondas:

  • Geometría: el ancho de la traza central y el espacio entre la traza y el vertido de tierra determinarán la distribución del campo alrededor de la Traza, que luego determina cuánta pérdida experimentan las señales y el nivel de aislamiento proporcionado por el vertido del suelo superficial.
  • Constante dieléctrica del sustrato: La constante dieléctrica del sustrato tiene dispersión, lo que determinará la cantidad de pérdida observada a diferentes frecuencias. La dispersión también determina cómo viajan diferentes frecuencias a diferentes velocidades.
  • Rugosidad del cobre: a altas frecuencias (microondas y mmWave), la rugosidad del cobre aumentará la impedancia de una interconexión. La mayoría de las calculadoras en línea no tienen en cuenta la rugosidad del cobre.
  • Efecto piel: el efecto piel en una traza de PCB, incluidas las guías de onda coplanares, agrega resistencia adicional de CA y CC a la impedancia total.

La mejor calculadora de guía de ondas coplanar puede tener en cuenta todos estos efectos simultáneamente y sin un solucionador de campo 3D complejo. Las mejores herramientas de enrutamiento y diseño de apilamiento de PCB incluirán estos cálculos para ayudar a los diseñadores a garantizar el control de impedancia en todo el ancho de banda requerido para sus señales.

alternativoenrutamiento de guía de onda coplanar en Altium Designer

Diseñar geometrías de guías de ondas coplanares es fácil con las potentes herramientas de enrutamiento de Altium Designer.

Uso de una calculadora de

guía de onda coplanar Una calculadora de guía de onda coplanar funcionará de dos formas. Se usa la impedancia deseada a una frecuencia específica para determinar el ancho de la guía de ondas, o se ingresa el ancho y se calcula la impedancia. En ambos casos, deberá ingresar su información acumulada en la calculadora para obtener resultados precisos. Estas calculadoras también devolverán la constante dieléctrica efectiva observada por las señales que se propagan en la guía de ondas.

El problema con las calculadoras de guías de ondas coplanarias en línea es que no incluyen la dispersión, la rugosidad del cobre, el efecto de piel o la tangente de pérdida en el sustrato de PCB. El principal problema de descuidar la dispersión es que la impedancia calculada en una frecuencia puede que ya no sea correcta en cualquier otra frecuencia. Por lo tanto, estas calculadoras solo son útiles para una sola frecuencia y no pueden tratar señales de banda ancha en PCB reales. Esta es la razón por la que los diseñadores necesitan una calculadora de guía de ondas coplanar avanzada para PCB de alta frecuencia.

Funciones

avanzadas de calculadora de guías de ondas coplanar Las utilidades de calculadoras de guías de ondas coplanarias más avanzadas incluirán todos los efectos mencionados anteriormente al calcular la impedancia y la constante dieléctrica efectiva de la guía de ondas. Además, pueden considerar la constante dieléctrica del sustrato de PCB en todo el ancho de banda de su señal. Esto le brinda un cálculo de impedancia y ancho ultrapreciso, que luego puede usarse en sus herramientas de diseño y enrutamiento de PCB.

diseño de acumulación de PCB y calculadora de guía de onda coplanar en Altium Designer

Dimensionamiento de trazas para impedancia controlada con la calculadora de guía de ondas coplanar de Altium Designer.

Altium Designer tiene la mejor calculadora de impedancia

Olvídese de usar calculadoras en línea para dimensionar su guía de onda y determinar la impedancia. La calculadora de impedancia en Altium Designer se integra con su herramienta de diseño de pila de capas de PCB y puede calcular la impedancia para muchas geometrías de línea de transmisión, incluidas las guías de onda coplanares. Una vez que haya calculado la impedancia de su guía de ondas, las funciones de enrutamiento interactivo en Altium Designer pueden aplicar automáticamente sus reglas de tamaño de la guía de ondas mientras enruta su PCB.

Diseño y disposición completos de PCB de RF en Altium Designer

Además de una potente calculadora de guía de ondas coplanar, los usuarios de Altium Designer tendrán acceso a un conjunto completo de herramientas de enrutamiento y diseño de PCB para electrónica avanzada. Estas funciones de enrutamiento toman información directamente de su cálculo de impedancia y apilamiento de capas, lo que lo ayuda a mantenerse productivo mientras crea su PCB. Una vez que su nuevo diseño de PCB RF esté completo, puede preparar los entregables de fabricación de PCB para su fabricante. Solo Altium Designer contiene un conjunto completo de herramientas para el diseño, el diseño y la fabricación de PCB.

Detecte rápidamente errores de diseño en el diseño de su PCB cuando utilice el conjunto completo de herramientas de diseño basadas en reglas en Altium Designer.

Texto: alternativoviolación de la regla de diseño de PCB en Altium Designer)

Olvídese de ejecutar cálculos de interconexión a mano o de usar calculadoras en línea débiles. Utilice las mejores herramientas de análisis y diseño de interconexiones en Altium Designer, la única plataforma que unifica diseño, distribución, fabricación y análisis.

Altium Designer en Altium 365 ofrece una integración sin precedentes a la industria de la electrónica hasta ahora relegada al mundo del desarrollo de software, lo que permite a los diseñadores trabajar desde casa y alcanzar niveles de eficiencia sin precedentes.

Solo hemos arañado la superficie de lo que se puede hacer con Altium Designer en Altium 365. Puede consultar ladel páginaproducto para obtener una descripción más detallada de las funciones o uno de los seminarios web bajo demanda.

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson cuenta con una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland. Realizó su investigación en Física MS sobre sensores de gas quimisortivo y su doctorado en Física Aplicada sobre teoría y estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas en láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sistemas ambientales y análisis financiero. Su trabajo ha sido publicado en varias revistas revisadas por pares y actas de conferencias, y ha escrito cientos de blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Zachariah trabaja con otras compañías en la industria de PCB proporcionando servicios de diseño e investigación. Es miembro de IEEE Photonics Society y de la American Physical Society.

Articulos más recientes

Volver a la Pàgina de Inicio