Comment calculer et contrôler l'impédance avec Altium Designer

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

L'impédance des pistes est un paramètre essentiel de toute conception haute fréquence ou haute vitesse. En effet, une désadaptation d'impédance entre la source de signal, la charge et la piste qui les connecte peut occasionner plusieurs problèmes, tels qu'une oscillation, un couplage de bruit et des EMI. Ne vous contentez plus d'utiliser un outil fait maison pour calculer l'impédance de chacune des pistes de votre circuit imprimé. Altium Designer intègre le calcul de l'impédance à vos règles de conception. Vous pourrez ainsi gérer votre impédance à l'échelle de la carte afin d'obtenir l'empilage des couches requis par votre circuit imprimé.

Lorsque vous commencerez à travailler sur des dispositifs haute vitesse, vous vous trouverez soudain contraint à réapprendre tout ce que vous pensiez déjà savoir sur la conception de circuits imprimés. Pour les dispositifs à faible vitesse, les désadaptations d'impédance ne sont qu'une considération mineure. Le plus important est alors d'amener vos signaux d'un point A à un point B. Cependant, à mesure que vos circuits imprimés gagneront en complexité, que la commutation des composants s'accélèrera et que le nombre de couches intégrées à votre empilage augmentera, vous découvrirez que la désadaptation d'impédance peut véritablement compromettre la qualité de votre conception.

L'impédance des pistes d'un circuit imprimé varie en fonction de sa géométrie, de ses matériaux et de son agencement. En outre, la configuration de ces facteurs sur la carte impacte également l'impédance perçue par les signaux de vos pistes. Ainsi, les agencements à couplage latéral, intégrés et à pistes décalées s'accompagnent tous de valeurs d'impédance variables. C'est pourquoi vous aurez besoin d'un logiciel de conception capable de prendre en considération l'impédance de ces différentes géométries.

Comme pour tous les autres domaines de l'ingénierie, plusieurs équations sont nécessaires pour définir et calculer les paramètres de conception des circuits imprimés. Ces équations doivent prendre en compte tous les facteurs présents, des propriétés diélectriques du substrat à la géométrie des pistes. Toutefois, personne n'a le temps de mémoriser chacune des formules de calcul qui vous permettront d'obtenir l'impédance des pistes d'un circuit imprimé. C'est pourquoi un logiciel de conception performant intégrera directement ces calculs à vos règles de conception.

Comment contrôler l'impédance avec le bon empilage

Votre empilage a un impact non négligeable sur l'impédance perçue par vos signaux. En effet, les signaux voisins se comportent comme des groupes de condensateurs et d'inductances couplés par le substrat du circuit imprimé, et ces éléments parasites impactent l'impédance perçue par vos signaux. Cependant, en concevant l'empilage idéal, vous pourrez contrôler l'impédance perçue par les signaux de vos pistes.

Pour réussir votre empilage de couches, vous aurez besoin d'un logiciel qui vous permet d'en personnaliser chaque aspect, jusqu'au choix de la constante diélectrique la plus adaptée aux couches de votre carte. Grâce à un gestionnaire d'empilements capable de communiquer avec votre bibliothèque de matériaux, vous serez ainsi en mesure de choisir parmi les matériaux les plus communément utilisés lors de la planification de votre empilage. Vous pourrez aussi sélectionner la bonne épaisseur pour vos couches, puis définir le meilleur tracé pour les pistes de votre carte.

Comment les règles de conception peuvent vous aider à contrôler l'impédance

Vos règles de conception ne sont pas là pour étouffer votre créativité et elles peuvent faire bien plus que contrôler le placement de vos composants. Certaines fonctionnalités, telles que les vias et les pistes, sont régies par des règles géométriques essentielles qui doivent être suivies scrupuleusement pour garantir l'intégrité de vos signaux. Un logiciel de conception de circuits imprimés doté d'un puissant moteur de vérification des règles vous aidera à prévenir les erreurs de conception qui pourraient compromettre l'intégrité du signal. Vous serez ainsi certain que votre dispositif fonctionnera de la façon dont vous le souhaitiez pendant la conception.

Vous aurez besoin de personnaliser la désadaptation d'impédance entre les composants et les pistes, le placement des vias, la correspondance des longueurs de pistes et des espacements ainsi que de nombreux autres paramètres de conception pour contrôler l'impédance perçue par vos signaux. Pour vous permettre de maîtriser ces spécificités, votre logiciel de conception devra vous offrir un outil de calcul de l'impédance capable de s'intégrer à vos règles de conception.

Capture d'écran de l'éditeur des règles de conception et des contraintes d'Altium Designer

Modification des règles et contraintes dans Altium Designer

L'intégration des calculs d'impédance à vos règles de conception

Si vous choisissez de vous lancer à la recherche de calculateurs d'impédance sur Internet, vous découvrirez une abondance d'options qui vous aideront à vous faire une idée plus claire de la géométrie de pistes et de l'empilage des couches qui vous permettront de contrôler l'impédance. Malheureusement, ces calculateurs ne pourront jamais communiquer avec vos règles de conception et vous devrez donc vérifier manuellement l'impédance de chacune de vos pistes. Avoir à portée de mains un calculateur d'impédance de piste peut se révéler très utile lors de la planification de votre conception. Toutefois, celui-ci compliquera aussi vos vérifications.

C'est pourquoi le logiciel de conception de circuits imprimés idéal se doit d'intégrer le calcul de l'impédance des pistes à vos règles de conception. Vos calculs devront prendre en compte les propriétés des matériaux des couches de votre empilage, la géométrie de vos pistes et l'agencement de la carte. Et puisque chaque calcul d'impédance s'accompagne de ses propres approximations, vous devrez être en mesure de personnaliser l'équation utilisée de façon à définir une impédance de piste adaptée à votre application.

Des calculs d'impédance d'une grande précision

Utiliser un logiciel qui intègre le calcul de l'impédance à vos règles de conception vous permet de vérifier automatiquement que l'impédance de vos pistes est correctement contrôlée. Ainsi, vous n'avez plus à contrôler manuellement chaque piste. Désormais, vous pouvez spécifier le calcul adapté au tracé de vos pistes et à votre substrat et vérifier automatiquement que votre agencement vous offre la valeur d'impédance adéquate.

Au lieu de spécifier les résultats obtenus à l'aide d'un calculateur externe et de définir manuellement la géométrie de chaque piste, choisissez un logiciel de conception de circuits imprimés qui intègre ces fonctionnalités à vos règles de conception et se charge de contrôler automatiquement vos valeurs d'impédance pendant la conception. Une fois cette étape de vérification simple mais cruciale automatisée, vous observerez une hausse significative de votre productivité. Pour cela, vos règles de conception devront vous permettre de définir en toute simplicité les contraintes relatives à l'impédance de vos pistes.

Capture d'écran de l'éditeur de formules d'impédance d'Altium Designer

Définir les calculs d'impédance de votre empilage de couches dans Altium Designer

Des outils d'intégrité du signal rassemblés dans un environnement basé sur des règles

Pour contrôler l'impédance des pistes asymétriques ou différentielles de votre circuit imprimé, vous devrez utiliser des outils de conception qui se concentrent chacun sur un aspect de votre circuit imprimé final. Lorsque vous travaillez dans un logiciel de conception qui isole vos outils dans des fenêtres distinctes et vous impose de suivre des processus différents, votre productivité est réduite et il devient plus difficile de résoudre les problèmes de conception, même les plus simples.

Vos outils de conception, vos règles de conception, vos modèles de composants et vos packages de simulation doivent être rassemblés au sein d'un environnement intégré au processus homogène. Lorsqu'ils sont intégrés à un tel environnement, ces outils sont en effet conçus pour échanger des données dans un format uniforme, qui permet de réduire les problèmes de communication. Vos fonctionnalités sont toutes accessibles à partir d'un programme unique et vous pouvez ajouter de nouvelles fonctionnalités à votre logiciel en toute simplicité par l'intermédiaire d'extensions.

L'environnement de conception unifié d'Altium Designer

Les fonctionnalités de vérification des règles de conception de votre logiciel de conception de circuits imprimés doivent s'intégrer à vos autres outils de conception pour que vous soyez certain d'obtenir un dispositif qui fonctionne comme vous l'aviez imaginé. Seul un environnement de conception vraiment unifié peut vous offrir un tel niveau de communication entre vos outils de conception. Altium Designer est la seule solution de conception de circuits imprimés qui s'appuie sur un moteur de conception basée sur des règles pour rassembler toutes vos fonctionnalités de vérification et toutes vos fonctionnalités de conception au sein d'une interface unique.

Les autres acteurs du secteur de la conception de circuits imprimés isolent encore vos fonctionnalités de conception, de gestion et de vérification dans des programmes indépendants aux processus dissemblables. Ne vous contentez plus d'un modèle de conception fatigué et faites le choix d'un environnement de conception unifié. Il est temps d'essayer Altium Designer.

Si vous en avez assez d'utiliser des outils de conception isolés dans des interfaces et des programmes distincts, tournez-vous vers une plateforme de conception unifiée. Un tel modèle de conception rassemble tous vos outils de conception dans une interface unique. Seul un environnement de conception unifié pourra vous offrir un contrôle total de l'impédance à l'échelle de la carte en intégrant directement vos règles de conception et des calculs d'impédance d'une grande précision. Grâce à ces fonctionnalités essentielles, vous serez certain que votre prochain dispositif haute vitesse ne sera pas compromis par des problèmes de signal, tels que le couplage du bruit, l'oscillation, les réflexions ou les EMI.

Au lieu de vous contraindre à consulter Internet chaque fois que vous avez besoin d'aide, Altium vous donne accès à une assistance directe. Tous les utilisateurs d'Altium Designer ont ainsi accès au forum AltiumLive, aux podcasts de concepteurs professionnels, à une base de connaissances étendue et aux webinaires d'experts du secteur. Altium vous offre toute l'assistance dont vous avez besoin, sans jamais vous laisser seul face à votre conception.

Avec les meilleures fonctionnalités de conception, de vérification des règles et de simulation, vous serez certain d'obtenir un circuit imprimé dont le fonctionnement est tel que vous l'aviez imaginé lors de la conception, le tout sans aucun problème d'intégrité du signal. Seul Altium Designer vous donne accès à tous ces outils, et bien d'autres encore, à partir d'un logiciel unique. Vos outils sont ainsi capables de collaborer au sein d'une seule plateforme gouvernée par un moteur basé sur des règles. Au lieu d'estimer la meilleure géométrie de pistes pour votre circuit imprimé, Altium Designer vous permet de choisir l'option la plus adaptée, dès le premier essai.

A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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