Cómo calcular la impedancia e incorporarla a las reglas de diseño de tu PCB

Una vez que se empieza a diseñar placas de circuito impreso de alta velocidad o alta frecuencia, la impedancia de las trazas se convierte en un parámetro crítico a tener en cuenta durante el diseño. Los desajustes de impedancia entre las fuentes de señal, las cargas y las trazas que las conectan pueden arruinar la integridad de la señal y paralizar el circuito impreso o PCB. En lugar de calcular la impedancia de cada traza en tu PCB manualmente, Altium Designer puede incorporar los cálculos de impedancia de trazas de placa de circuito interno como parte de sus reglas de diseño. Esto agiliza el proceso de diseño y garantiza que los problemas de señal estén controlados.

Un software de diseño de placas de circuito impreso (PCB) totalmente unificado, impulsado por reglas y con calculadora de impedancia.

Al igual que cualquier otra área de la ingeniería, se utilizan una serie de ecuaciones para definir y calcular varios parámetros de diseño en las placas de circuito impreso. Estas ecuaciones especifican todo, desde las propiedades dieléctricas del sustrato hasta las características eléctricas de sus trazas. A pesar del número de fórmulas implicadas en el diseño de una nueva placa de circuito impreso, tu software de diseño puede desempeñar un papel único en la racionalización de estos cálculos, incluido el cálculo de la impedancia, y en su uso para la validación del diseño.

Tu software de diseño de PCB debería integrar estas ecuaciones como parte del proceso de diseño de tu placa. No necesitarás tener memorizadas todas las fórmulas, y no tendrás que hacer cálculos de impedancia a mano. Las reglas de diseño deben verificar tu diseño de acuerdo con los requisitos que especifiques con estas fórmulas. El mejor software de diseño de placas de circuito impreso integrará estas características con tus herramientas de diseño, ayudándote a maximizar tu productividad de diseño.

Reglas de diseño: la piedra angular del éxito del diseño

Las reglas de diseño no existen para limitar tu creatividad; existen para asegurar que tu PCB funcionará como lo deseas y que todas sus funciones funcionarán bien entre sí. Si no estás seguro de cuál es la mejor manera de encaminar los trazos entre los componentes, dónde colocar los componentes con respecto a los planos de tierra/energía, o si has diseñado correctamente tus plataformas y vías, las reglas de diseño de PCB te guiarán.

Las reglas de diseño también están pensadas para algo más que para comprobar la colocación de los componentes. Ciertas características de tu diseño, como los trazos y las vías, tienen reglas y limitaciones importantes sobre las formas y espacios que deben seguirse para mantener la integridad de la señal. Si tu software de diseño de placas de circuito impreso (PCB) tiene un motor de comprobación de reglas potente, puedes evitar errores de diseño que pueden perjudicar la integridad de la señal y garantizar que tu dispositivo funcione correctamente tan pronto como salga de la línea de producción.

Cómo las reglas de diseño aseguran la integridad de la señal

Problemas como los desajustes de impedancia entre componentes y trazas, a través de la colocación, la correspondencia y el espaciado de la longitud de las trazas y muchos otros parámetros de diseño se especifican con el objetivo de garantizar la integridad de la señal en tu dispositivo. El software de placas de circuito impreso incluirá estas reglas de diseño estándar y te permitirá personalizar las reglas de diseño que son específicas para tu aplicación.

• Tu software de placas de circuito impreso debería facilitar el trabajo con reglas de diseño y limitaciones dentro de un solo software. Obtén más información sobre cómo trabajar con reglas y limitaciones de diseño.
• Se pueden utilizar varios métodos para diseñar las trazas, dependiendo de la aplicación particular de su dispositivo. Tu software de PCB se debe adaptar y permitirte aplicar cualquier método en trazas no coincidentes. 
• Cuando se trabaja con pares diferenciales, el espaciado y la forma de las trazas determinarán la impedancia en una interconexión. Este es uno de los muchos parámetros que puede especificar en tus reglas de diseño. 

Cómo calcular la impedancia e incorporarla al editor de reglas de diseño en Altium Designer

El enrutamiento controlado por impedancia empieza con la calculadora adecuada

En algunos casos, las calculadoras de impedancia pueden ser muy útiles, ya que le permiten calcular la impedancia de una traza aislada determinando la anchura perfecta para evitar reflexiones de señal. Las ecuaciones que definen la impedancia de una traza son específicas de la geometría de la traza y suponen que la traza está aislada de cualquier otra traza de la placa. En una placa de circuito impreso real, esto no es así, ya que las trazas se acoplan entre sí de forma capacitiva e inductiva. La intensidad del acoplamiento afecta a la impedancia de los grupos de señales y depende de la constante dieléctrica del sustrato.

No es que las calculadoras de impedancia de traza sean inexactas, sino que tienen limitaciones en cuanto a su aplicabilidad. Por ejemplo, la ecuación para la impedancia de traza en un par diferencial de líneas paralelas asimétricas incluye una aproximación sobre la constante dieléctrica y la geometría. Otras calculadoras utilizarán diferentes ecuaciones para el mismo sistema, dependiendo de las aproximaciones relevantes utilizadas en la derivación de la fórmula. La mayoría de las calculadoras de impedancia te permitirán colocar valores no válidos que caen fuera del rango de aproximación para geometrías de traza comunes (microstrip vs. stripline), que luego producen resultados inexactos.

Cálculos precisos de impedancia

En lugar de intentar confiar en una calculadora de impedancia externa, anotar los resultados de los cálculos y trazar los diseños en torno a una forma en particular, tu software de diseño de placas de circuito impreso (PCB) debería integrar estas capacidades en tus reglas de diseño y comprobar tus valores de impedancia automáticamente durante el diseño. Esto te proporciona un aumento de la productividad y te permite comprobar automáticamente tu diseño de PCB con respecto a estos parámetros de diseño críticos.

Dado que las reglas de diseño de placas de circuito impreso se deben adaptar y que los valores de impedancia de trazas tendrán algún nivel de tolerancia, el editor de reglas de diseño debería facilitar el establecimiento de las limitaciones apropiadas para tu impedancia de trazas. Las ecuaciones que tu software utiliza para determinar la impedancia de traza también deben poder editarse, ya que esto te permite tener en cuenta cualquier desviación de las aproximaciones típicas utilizadas en las ecuaciones de impedancia de traza.

• La correspondencia de impedancia y la terminación de trazas son sólo dos aspectos del diseño de PCB de alta velocidad que ayudan a garantizar la integridad de la señal. Obtén más información sobre el mantenimiento de la integridad de la señal en el diseño de alta velocidad.
• Las calculadoras de impedancia de traza pueden ayudarte a determinar la anchura de traza adecuada para tu placa. Necesitarás conocer la constante dieléctrica del sustrato a la frecuencia correspondiente y algunos parámetros del apilamiento de capas.
• El apilamiento de capas afectará a la impedancia de las trazas, y esto debe tenerse en cuenta al definir las reglas de diseño y el enrutamiento de las trazas. 

Gestor de apilamiento de capas en Altium Designer

Integridad de la señal en un software impulsado por reglas

Ya sea que estés trabajando con impedancia diferencial o controlada en tu placa de circuito impreso, o tratando de diseñar un plano de tierra adecuado con el ancho de traza y el control de impedancia necesarios, un software que pueda encontrar solución a los problemas que estás buscando será la mejor solución. Ya sea un par diferencial o un espesor de trazas en tu circuito, deberás tener el mejor software de diseño de PCB.

Las reglas de diseño del software de diseño de placas de circuito impreso deben integrarse con el resto de las herramientas de diseño, lo que te ayudará a garantizar que tu dispositivo siga siendo funcional. Las herramientas de diseño y enrutamiento necesitan acceder a las reglas de diseño para asegurar que tu diseño sea funcional. La integridad de la señal es vital en el diseño de alta velocidad, y tu software de diseño de PCB debe incluir las mejores herramientas de simulación para verificar la funcionalidad de tu dispositivo. Las reglas de diseño sólo pueden anticiparse a un número limitado de problemas, y las simulaciones de integridad de la señal son vitales para verificar la funcionalidad de tu dispositivo.

Diseño unificado en Altium Designer

Altium Designer sitúa la comprobación de reglas, la integridad de la señal y la DFM en el núcleo del proceso de diseño. Todas las herramientas de análisis de señal y verificación de diseño están construidas para trabajar juntamente con sus características CAD y herramientas de enrutamiento. El resto de la industria de diseño de PCB todavía segrega estas funciones en diferentes programas con diferentes flujos de trabajo. En lugar de trabajar bajo el mismo viejo paradigma, es hora de dar el salto al diseño unificado.

• Un motor de diseño basado en reglas es el núcleo de Altium Designer. Esto asegura que las elecciones de diseño garantizan la funcionalidad sin sacrificar la creatividad. Obtén más información sobre el diseño basado en reglas en Altium Designer.
• Examinar la integridad de la señal te permite diagnosticar problemas que no se pueden anticipar con las reglas de diseño. Un buen software de simulación es la mejor opción para verificar la integridad de la señal en tu diseño de PCB. Obtén más información sobre el análisis de la integridad de la señal en Altium Designer.
• Las funciones de enrutamiento interactivo de Altium Designer interactúan directamente con las características de tu diseño, asegurando que tu impedancia de traza se mantenga siempre dentro de los límites.

Un software de diseño unificado reúne las características de diseño en una sola interfaz. Sólo encontrarás reglas de diseño y cálculos de impedancia precisos en un software de diseño de placas de circuito impreso unificado. Esta importante área de análisis ayuda a asegurar que tu próximo dispositivo de alta velocidad no se vea afectado por problemas como el timbre, el acoplamiento de ruido o la interferencia electromagnética.

Ahora puedes acceder a todo el software de diseño que necesitas directamente desde Altium. Todos los usuarios de Altium Designer pueden acceder al foro de AltiumLive, a podcasts con expertos en diseño, a una amplia base de conocimientos y a seminarios web impartidos por expertos del sector. Altium Designer no quiere que diseñes solo y te proporciona todo el apoyo que necesitas.

Las mejores características de diseño, simulación y comprobación de reglas garantizarán que tu dispositivo no tenga problemas de integridad de la señal y funcionará como se ha diseñado. Sólo Altium Designer le ofrece todas estas herramientas, tales como herramientas para calcular la impedancia, y muchas más en un solo software. Estas herramientas trabajan juntas como parte de un único software que se rige por un motor basado en reglas. En lugar de adivinar la forma de la traza, Altium Designer puede ayudarte a hacerlo bien desde el principio. 

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