Calcolo e controllo dell’impedenza in Altium Designer

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

L’impedenza delle vostre tracce diventa un parametro chiave da tenere in considerazione durante le progettazioni ad alta velocità o alta frequenza. Una differenza di impedenza tra la fonte del segnale, il carico e la traccia che li connette causa problemi quali oscillazione, rumore ed EMI. Anziché utilizzare uno strumento non professionale per calcolare l’impedenza di ogni traccia del vostro PCB, Altium Designer incorpora tali calcoli nelle regole di progettazione. Sarete in grado di gestire l’impedenza di tutto il circuito in base allo stackup necessario per il vostro prossimo PCB.

ALTIUM DESIGNER

Una piattaforma di progettazione di PCB unificata e basata su regole con calcolo e controllo integrato dell’impedenza.

L’utilizzo di dispositivi ad alta velocità vi costringe a imparare dall’inizio tutto ciò che pensavate di sapere sulla progettazione di PCB. Le differenze d’impedenza sono trascurabili nei dispositivi a bassa velocità, dove ciò che importa è condurre i segnali dal punto A al punto B. Tuttavia, via via che i vostri PCB diventano più avanzati, i vostri componenti cambiano più facilmente e voi incorporate più strati nello stackup, le differenze di impedenza possono rovinare il vostro dispositivo.

L’impedenza delle tracce del vostro PCB dipende dalla loro geometria, dal materiale e dalla disposizione. La loro configurazione all’interno del circuito influisce anche sull’impedenza vista dai segnali nelle vostre tracce. Le tracce disposte in modalità edge-coupled, integrata e offset presentano tutte variazioni dei valori d’impedenza e richiedono un software in grado di effettuare un calcolo dell’impedenza PCB delle diverse geometrie.

Vengono utilizzate varie equazioni per definire e calcolare vari parametri di progettazione dei PCB, proprio come qualsiasi altra area dell’ingegneria. Queste equazioni devono tenere conto di tutto, dalle proprietà dielettriche del substrato, fino alla geometria delle vostre tracce. Nessuno ha il tempo di memorizzare ogni singola formula dell’impedenza delle tracce di un PCB. Un ottimo software di progettazione vi consentirà invece di integrare questi calcoli nelle vostre regole di progettazione.

Il controllo dell’impedenzaattraverso il corretto stackup

Il vostro stackup riveste un ruolo importante nella determinazione dell’impedenza vista dai vostri segnali. I segnali adiacenti agiscono come gruppi di condensatori e induttori accoppiati dal substrato del PCB; questi elementi parassiti influiscono sull’impedenza vista dai vostri segnali. Tuttavia, se create correttamente il vostro stackup, potete avere un controllo dell’impedenza tramite isegnali delle vostre tracce.

Per creare correttamente lo stackup necessitate di un software che vi consenta di personalizzare totalmente la sequenza degli strati, fino alla selezione della corretta costante dielettrica per gli strati del vostro circuito. Uno stackup manager collegato alla libreria dei materiali è molto utile, poiché consente di selezionare i materiali più comuni per i circuiti durante la pianificazione dello stackup. Potete selezionare lo spessore giusto per i vostri strati e definire la migliore disposizione delle tracce per il vostro circuito.

Come le regole di progettazione migliorano il controllo dell’impedenza

L’obiettivo delle vostre regole di progettazione non è quello di limitare la vostra creatività, né soltanto quello di controllare il posizionamento dei componenti. Determinate funzionalità, quali vie e tracce, dispongono di importanti regole geometriche da rispettare per garantire che i vostri segnali non degradino. Un software di progettazione di PCB dotato di un efficace sistema di controllo delle regole vi aiuta a evitare gli errori di progettazione che possono nuocere all’integrità del segnale. Avrete la certezza che il vostro dispositivo funzioni correttamente una volta prodotto.

Le differenze d’impedenza tra componenti e tracce, posizionamento delle vie, corrispondenza della lunghezza e spaziatura delle tracce e molti altri parametri di progettazione dovrebbero essere personalizzabili nel vostro PCB, consentendovi di controllare l’impedenza vista dai vostri segnali. Il rispetto di queste specifiche implica che il vostro software PCB debba includere uno strumento di calcolo dell’impedenza integrato, quale parte della vostra regola di progettazione.

Modifica delle regole e dei vincoli in Altium Designer, per un migliore controllo dell’impedenza

Modifica delle regole e dei vincoli in Altium Designer, per un migliore controllo dell’impedenza

Il calcolo dell’impedenza PCB nell’ambito delle vostre regole di progettazione

Se cercate calcolatori dell’impedenza su Internet, troverete moltissime opzioni che vi aiuteranno a farvi un’idea della corretta geometria delle tracce e della sequenza di strati per gestire l’impedenza. Purtroppo questi calcolatori non si interfacceranno mai con le vostre regole di progettazione e dovrete controllare manualmente l’impedenza di ogni singola traccia. Un calcolatore dell’impedenza delle tracce può essere utile per pianificare il vostro circuito, tuttavia rende poco efficienti i controlli.

Il vostro software di progettazione PCB dovrebbe invece includere il calcolo dell’impedenza PCB delle tracce all’interno delle vostre regole di progettazione. Questi calcoli devono tenere conto delle proprietà dei materiali degli strati dello stackup, così come della geometria delle tracce e della loro disposizione sul circuito. Poiché diversi calcoli dell’impedenza delle tracce includono diverse approssimazioni, dovrete essere in grado di personalizzare l’equazione utilizzata per definire l’impedenza delle vostre tracce, a seconda della vostra applicazione.

Calcoli accurati dell’impedenza PCB.

L’utilizzo di un software che include il calcolo dell’impedenza nelle regole di progettazione consente di controllare automaticamente l’impedenza delle tracce. Non dovrete controllare manualmente ogni singola traccia. Potrete invece specificare il calcolo necessario per la disposizione delle tracce e per il substrato, oltre a controllare automaticamente che tale disposizione generi il valore d’impedenza desiderato.

Anziché prendere nota dei risultati dei calcoli di un calcolatore esterno e definire manualmente la geometria di ciascuna traccia, il vostro software di progettazione di PCB dovrebbe integrare queste funzionalità nelle regole di progettazione e controllare automaticamente i valori d’impedenza durante la progettazione. Osserverete un notevole aumento della produttività grazie all’automazione di questo passaggio di verifica chiave. Le vostre regole di progettazione dovrebbero semplificare la definizione dei vincoli più adeguati per l’impedenza della vostra traccia.

Definire i calcoli dell’impedenza PCB per la vostra sequenza di strati in Altium Designer

Definire i calcoli dell’impedenza PCB per la vostra sequenza di strati in Altium Designer

Unificare gli strumenti per l’integrità del segnale in un ambiente basato su regole

Quando dovete effettuare il controllo dell’impedenza di tracce differenziali o con terminazione singola nel vostro PCB, dovrete utilizzare diversi strumenti di progettazione per ciascun aspetto specifico del PCB finale. L’utilizzo di un software di progettazione che separa gli strumenti in diverse finestre e applica diversi flussi di lavoro riduce la vostra produttività, rendendo difficile gestire quelli che dovrebbero essere aspetti semplici della progettazione.

I vostri strumenti di progettazione, le regole, i modelli di componenti e i pacchetti di simulazione devono essere inclusi in un ambiente integrato, con un flusso di lavoro uniforme. Gli strumenti di questo ambiente sono progettati per trasmettere i dati tra di loro in un formato unico, al fine di ridurre gli errori di comunicazione tra più strumenti di progettazione. Le funzionalità di questo ambiente sono tutte accessibili da un unico programma, mentre nuove funzionalità possono essere aggiunte facilmente al software sotto forma di estensioni.

L'ambiente di progettazione unificato di Altium Designer

Le funzionalità di controllo delle regole di progettazione del vostro software di progettazione di PCB devono essere integrate con il resto degli strumenti di progettazione, al fine di garantire che il vostro dispositivo funzioni proprio come l’avete progettato. Questo tipo di comunicazione esclusiva tra strumenti di progettazione è possibile solo quando si lavora in un ambiente di progettazione totalmente unificato. Altium Designer è l’unico pacchetto software di progettazione di PCB eseguito su un motore di progettazione basato quasi esclusivamente su regole, dove tutte le funzionalità di controllo della progettazione si interfacciano con i vostri strumenti all’interno di una singola interfaccia.

Il resto del settore della progettazione di PCB separa ancora le funzionalità chiave di progettazione, gestione e controllo in programmi separati, con flussi di lavoro separati. Anziché lavorare con un paradigma di progettazione multilivello, è giunto il momento di tuffarsi in un ambiente di progettazione unificato. È giunto il momento di provare Altium Designer.

Se siete stanchi di lavorare con strumenti di progettazione sparsi in più programmi e interfacce, dovete iniziare a lavorare con una piattaforma di progettazione unificata. Questo paradigma di progettazione integra tutti i vostri strumenti in un’unica interfaccia. Solo un ambiente di progettazione di PCB integrato vi offre il controllo totale dell’impedenza del circuito, integrando le vostre regole di progettazione e i vostri calcoli accurati dell’impedenza. Queste importanti funzionalità garantiscono che il vostro prossimo dispositivo ad alta velocità non soffra di problemi a livello di segnale, quali rumore, oscillazione, riflessione del segnale o EMI.

Anziché fare ricerche su Internet ogni volta che vi serve aiuto, potrete accedere a tutto il supporto necessario direttamente da Altium. Tutti gli utenti di Altium Designer possono accedere al forum AltiumLive, ai podcast con progettisti professionisti, a una knowledge base approfondita e a webinar a cura di esperti del settore. Altium non vi abbandona alla vostra progettazione e vi offre tutto il supporto necessario.

Le migliori funzionalità di progettazione, controllo delle regole e simulazione garantiranno che il vostro prossimo PCB funzioni come desiderate e non presenti problemi d’integrità del segnale. Solo Altium Designer vi offre l’accesso a tutti questi strumenti e a molti altri attraverso un unico pacchetto software. Questi strumenti lavorano insieme all’interno di un’unica piattaforma operante tramite un motore basato su regole. Anziché cercare di indovinare la migliore geometria delle tracce per il vostro prossimo PCB, Altium Designer può aiutarvi a definire quella giusta sin dall’inizio.

Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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