Controlar y calcular la impedancia en el apilamiento de PCB con Altium Designer

Zachariah Peterson
|  Creado: November 9, 2020
PCB impedance calculator

La impedancia en sus pistas se convierte en un aspecto esencial que tener en cuenta durante el diseño de alta velocidad o alta frecuencia. Un desajuste de impedancia entre la fuente de la señal, la carga y la pista que los conecta, causa problemas como el zumbido, el acoplamiento de ruido y la EMI. En lugar de utilizar una herramienta casera para calcular la impedancia de cada pista en su PCB, Altium Designer incorpora cálculos de impedancia como parte de sus reglas de diseño. De esta forma, podrá gestionar la impedancia en toda la placa, en función del apilado que necesite para su próxima PCB.

ALTIUM DESIGNER

Una plataforma de diseño de PCB unificada, basada estrictamente en reglas y con cálculo de impedancia de PCB incorporado.

Comenzar a trabajar con dispositivos de alta velocidad le obliga a volver a aprender todo lo que creía que sabía sobre el diseño de PCB. Los desajustes de impedancia son algo así como una idea lejana en los dispositivos de baja velocidad, y todo lo que le preocupa es obtener las señales del punto A al punto B. Pero a medida que sus PCBs se vuelven más avanzadas, sus componentes trabajan más rápido y usted incorpora más capas en su apilado, los desajustes de impedancia pueden arruinar su dispositivo.

La impedancia de las pistas en su PCB depende de su geometría, material y disposición. Su configuración dentro de la placa también afecta a la impedancia que ven las señales en sus pistas. Las disposiciones de pistas acopladas en los bordes, incrustadas y desplazadas tienen variaciones en sus valores de impedancia, y necesitará un software de diseño que pueda tener en cuenta la impedancia de estas diferentes geometrías.

Como en cualquier otra área de la ingeniería, para definir y calcular diversos parámetros de diseño en las PCB se utiliza una serie de ecuaciones. Estas ecuaciones deben tener en cuenta todo, desde las propiedades dieléctricas del sustrato, hasta la geometría de sus pistas. Nadie tiene tiempo para memorizar cada fórmula de impedancia para pistas en una PCB. Pero un buen software de diseño sí le permitirá incorporar estos cálculos como parte de sus reglas de diseño.

Control de impedancia con el apilamiento de PCB correcto

El apilado de capas juega un papel importante en la determinación de la impedancia observada por sus señales. Las señales vecinas actúan como grupos de condensadores e inductores acoplados por el sustrato de la PCB, y estos elementos parasitarios afectan a la impedancia observada por las señales. Sin embargo, con el apilado correcto, puede controlar la impedancia observada por las señales en sus pistas.

Para conseguir un apilado correcto, necesita un software que le permita personalizarlo completamente, hasta la selección de la constante dieléctrica adecuada para las distintas capas de la placa. Un gestor de apilado que conecte con la biblioteca de materiales es de gran ayuda, ya que le permite elegir entre los materiales comunes de la placa al planificar el apilado. Puede seleccionar el grosor correcto para sus capas y definir la mejor disposición de pistas para su placa.

Cómo las reglas de diseño ayudan a controlar la impedancia

Sus reglas de diseño no están ahí para restringir la creatividad. Están pensadas para algo más que para comprobar la colocación de los componentes. Ciertas características, como vías y pistas, tienen reglas geométricas importantes que deben seguirse para garantizar que las señales no se degraden. El software de diseño de PCB, con un potente motor de comprobación de reglas, le ayuda a evitar errores de diseño que pueden perjudicar a la integridad de la señal. Así, podrá estar seguro de que su dispositivo funciona correctamente una vez que salga de la línea de producción.

El desajuste de la impedancia entre los componentes y las pistas, la colocación de las vías, la sintonización de la longitud de las pistas, el espaciado y muchos otros parámetros de diseño, deben ser personalizables en la PCB, lo que permite controlar la impedancia observada por sus señales. Para seguir estas especificaciones, su software de PCB necesita incluir una herramienta de cálculo de impedancia que se incorpore como parte de las reglas de diseño.

Calcular la impedancia en la edición de reglas y restricciones en Altium Designer

Calcular la impedancia en la edición de reglas y restricciones en Altium Designer

Calcular la impedancia como parte de sus reglas de diseño

Si empieza a buscar calculadoras de impedancia en Internet, encontrará muchas opciones que pueden ayudarle a hacerse una idea de la geometría de las pistas y el apilado de capas más adecuados para gestionar la impedancia. Lamentablemente, estas calculadoras nunca interactuarán con sus reglas de diseño, y tendrá que comprobar la impedancia de cada pista manualmente. Tener a mano una calculadora de impedancia de pistas puede ser útil para planificar el diseño de su placa, pero hace que la verificación sea difícil de manejar.

En su lugar, su software de diseño de PCB debería incluir el cálculo de impedancia de pistas como parte de sus reglas de diseño. Estos cálculos deben tener en cuenta las propiedades del material de las capas en su apilamiento, la geometría de sus pistas y su disposición en la placa. Dado que los diferentes cálculos de impedancia de pistas incluyen diferentes aproximaciones, necesitará la capacidad de personalizar la ecuación utilizada para definir la impedancia de sus pistas, dependiendo de su aplicación.

Cálculos precisos de impedancia en el apilamiento de PCB de alta velocidad

Trabajar con software que incluye cálculos de impedancia como parte de sus reglas de diseño le permite comprobar automáticamente que la impedancia de sus pistas esté correctamente controlada. Así, no tendrá que comprobar manualmente cada pista. En su lugar, puede especificar el cálculo que necesita para su disposición de pistas y sustrato, y puede comprobar automáticamente que su disposición proporciona el valor de impedancia que necesita.

En lugar de anotar los resultados del cálculo de una calculadora externa y definir manualmente cada geometría de pistas, su software de diseño de PCB debería integrar estas funciones en sus reglas de diseño y comprobar automáticamente los valores de impedancia durante el diseño. De este modo, observará un gran aumento de la productividad, ya que este paso de verificación, crítico y sencillo, está automatizado. Sus reglas de diseño deben facilitar la configuración de las restricciones apropiadas para su impedancia de pistas.

Control de impedancia para su apilamiento de PCB en Altium Designer)r

Control de impedancia para su apilamiento de PCB en Altium Designer

Unificación de las herramientas de integridad de la señal en un entorno basado en reglas

Cuando necesite controlar la impedancia de pistas de un solo extremo o diferenciales en su PCB, tendrá que utilizar una serie de herramientas de diseño que se centren en un aspecto diferente de su PCB final. Trabajar con software de diseño que separa las herramientas en diferentes ventanas e impone diferentes flujos de trabajo reduce su productividad, lo que dificulta la resolución de lo que deberían ser problemas de diseño simples.

Sus herramientas de diseño, reglas de diseño, modelos de componentes y paquetes de simulación deben ubicarse en un entorno integrado con un flujo de trabajo homogéneo. Las herramientas de este entorno están diseñadas para transmitirse datos entre sí en un formato uniforme, lo que reduce los errores de comunicación entre las herramientas de diseño. Todas las funciones de este entorno son accesibles desde un único programa y las nuevas funciones se pueden añadir fácilmente a su software de diseño como extensiones.

El entorno de diseño unificado en Altium Designer

Las funciones de comprobación de las reglas de diseño de su software de diseño de PCB deben integrarse con el resto de sus herramientas de diseño, lo que ayuda a garantizar que su dispositivo funcionará exactamente como fue diseñado. Este tipo de comunicación única entre herramientas de diseño solo es posible cuando se trabaja en un entorno de diseño totalmente unificado. Altium Designer es el único paquete de software de diseño de PCB que funciona con un motor de diseño basado en reglas, y todas sus características de verificación de diseño se interconectan con sus herramientas de diseño en una misma interfaz.

El resto de la industria del diseño de PCB todavía separa sus características críticas de diseño, gestión y verificación en programas separados con diferentes flujos de trabajo. En lugar de trabajar con un paradigma de diseño anticuado, es hora de dar el salto a un entorno de diseño unificado. Es hora de probar Altium Designer.

Si está cansado de trabajar con herramientas de diseño separadas en diferentes programas e interfaces, necesita trabajar con una plataforma de diseño unificada. Este paradigma de diseño integra todas sus herramientas de diseño en una sola interfaz. Solo un entorno de diseño de PCB unificado le ofrece un control total sobre la impedancia de su placa, mediante la integración de sus reglas de diseño y cálculos precisos de la impedancia. Estas características importantes aseguran que su próximo dispositivo de alta velocidad no sea víctima de problemas de señal, como el acoplamiento de ruido, el zumbido, la reflexión de la señal o la EMI.

En lugar de buscar en Internet cada vez que necesite ayuda, puede obtener acceso a todo el soporte de diseño que necesite directamente de Altium. Todos los usuarios de Altium Designer pueden acceder al foro de AltiumLive, a podcasts con diseñadores profesionales, a una base de conocimientos exhaustiva y a seminarios web impartidos por expertos del sector. Altium no le deja solo en el diseño, y le proporciona todo el apoyo que necesita.

Las mejores funciones de diseño, verificación de reglas y simulación garantizarán que su próxima PCB funcione tal y como se diseñó y que no se vea negativamente afectada por problemas de integridad de la señal. Solo Altium Designer le da acceso a todas estas herramientas y a muchas más en un solo paquete de software. Estas herramientas trabajan juntas como parte de una única plataforma que se rige por un motor basado en reglas. En lugar de adivinar la mejor geometría de pistas para su próxima PCB, Altium Designer puede ayudarle a hacerlo bien a la primera.

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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