Adotando a Integridade de Sinal no Seu Processo de Design de Alta Velocidade

Com as velocidades de comutação em TTL e novas famílias lógicas sendo rápidas o suficiente para processar dados em taxas de Mbps e Gbps, técnicas de design de alta velocidade agora são críticas para quase todos os projetistas de PCB. À medida que os tempos de subida em sinais digitais se tornaram mais rápidos, os projetistas devem ou fazer suas interconexões mais curtas ou elaborar algumas estratégias de design importantes para evitar problemas de integridade de sinal. Os engenheiros de hoje precisam de um conjunto de ferramentas completo para simulações e análises de integridade de sinal em seu processo de design de PCB de alta velocidade. Agora você pode acessar os recursos de integridade de sinal mais poderosos ao lado de ferramentas de roteamento e layout poderosas para placas de circuito de alta velocidade. Experimente o Altium Designer, a melhor aplicação de design de PCB da indústria para design de PCB de alta velocidade.

ALTIUM DESIGNER

Um pacote unificado de design de PCB que integra ferramentas de integridade de sinal junto com recursos avançados de design de PCB de alta velocidade.

O design de PCB de alta velocidade inclui algumas das tarefas mais desafiadoras que um engenheiro eletricista pode assumir. Um equívoco comum é que o design de PCB de alta velocidade é uma função da frequência do relógio do sistema. Na verdade, a alta velocidade é determinada pelo tempo de subida de um sinal. A relação entre comprimento e tempo de subida determina se o controle de impedância com design de empilhamento de PCB é necessário e se você precisa especificar larguras de traço.

Além disso, o tempo entre sinais é crítico para garantir que os dados estejam sincronizados em toda a placa. No passado, os engenheiros eram forçados a lidar com o tempo e o ajuste de comprimento, mantendo controle de tudo em planilhas. Isso permitia que eles acompanhassem cada segmento de comprimento individual para uma rede, profundidades de vias, comprimentos de resistores e comprimentos de pinos. Depois de somar tudo para cada rede, e então adicionar comprimento de sinal onde necessário, isso permitia que eles igualassem os comprimentos de todas as redes no grupo. Este é um método antiquado de correspondência de comprimento e design de alta velocidade em geral, que é tanto complicado quanto demorado.

Altium Designer é construído especificamente para o design de PCB de alta velocidade e pode ajudá-lo a levar produtos avançados para a fabricação em grande escala. Sistemas complexos de alta velocidade precisam cumprir múltiplas regras de design, e o Altium Designer oferece as ferramentas necessárias para criar com sucesso regras de design e garantir a conformidade. Aqui está como o Altium Designer torna o design de PCB de alta velocidade fácil e o que observar em sua placa de circuito de alta velocidade.

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Sinais de alta velocidade em uma rede longa entre uma fonte e dois receptores.

Problemas Comuns de Integridade de Sinal no Design de PCB de Alta Velocidade

Os projetistas enfrentam diversos problemas de integridade de sinal ao lidar com o design de PCBs de alta velocidade. Os problemas mais comuns de integridade de sinal em designs de PCB de alta velocidade são:

• Crosstalk
• Reflexões e controle de impedância
• Desvio entre redes paralelas
• Atraso de pin-package

Esses problemas podem ser difíceis de prever com equações e fórmulas, mas podem ser analisados com um simulador de integridade de sinal poderoso. O conjunto certo de ferramentas de layout garantirá que seus caminhos de sinal de alta velocidade não violem restrições importantes de design. Por fim, um software de design com um resolvedor de campo integrado garantirá que suas trilhas tenham impedância consistente para evitar distorção dos sinais de alta velocidade.

A Integridade de Sinal de PCB de Alta Velocidade Começa com o Seu Stackup de PCB

Projetar um empilhamento de camadas requer a escolha da disposição apropriada de camadas de alimentação, terra e sinal em uma placa de circuito. O stackup determina a constante dielétrica efetiva das trilhas em uma camada de sinal, que por sua vez determina a impedância de uma trilha em um circuito impresso. A constante dielétrica efetiva então afeta o atraso de propagação entre uma fonte e uma carga ao longo de um interconector e determina se uma dada trilha agirá como uma linha de transmissão.

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A colocação judiciosa de planos de terra em uma placa multicamada pode oferecer uma série de vantagens:

1. Planos de terra adjacentes às camadas de sinal ajudarão a suprimir o acoplamento cruzado e a susceptibilidade à interferência eletromagnética (EMI) nessas trilhas, pois terão baixa indutância de laço.
2. Colocar planos de alimentação e terra próximos um do outro suprimirá a ondulação da rede de distribuição de energia (PDN) ao fornecer grande capacitância de desacoplamento. Isso é extremamente importante em PCBs de alta velocidade de baixo nível.

Sinais digitais ou analógicos de baixo nível também podem ser colocados entre dois planos para proporcionar maior blindagem contra interferência eletromagnética. Seu desafio de roteamento é planejar seu caminho de retorno para sinais de PCB de alta velocidade de forma que você não crie uma grande indutância de laço para correntes no plano de terra.

• Seu caminho de retorno de sinal na sua placa de circuito influenciará a susceptibilidade ao acoplamento cruzado e EMI em um design de alta velocidade.

  Aprenda mais sobre o planejamento de caminhos de retorno em design de PCB de alta velocidade.

• Sua pilha de camadas também influencia a imunidade ao acoplamento cruzado e EMI. Um design de PCB de alta velocidade bem-sucedido depende da criação da pilha de PCB certa para sua nova placa.

  Aprenda mais sobre a construção de sua pilha de camadas para design controlado por impedância.

• Trabalhar com design de PCB de alta velocidade requer entender as fontes de distorção na sua placa de circuito.

  Aprenda mais sobre distorção de sinal em design de PCB de alta velocidade.

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Seu design de PCB de alta velocidade não manterá a integridade do sinal a menos que você projete o empilhamento correto para controle de impedância.

Encaminhamento e Integridade de Sinal em Design de PCB de Alta Velocidade

Uma vez que seu empilhamento de PCB tenha sido projetado, você precisará considerar a impedância do traço e o atraso de propagação enquanto encaminha sua placa de circuito impresso. Ambas as quantidades são determinadas pela capacitância parasita e indutância para traços e outros elementos condutores em uma placa de circuito impresso real.

Ao encaminhar um design e layout de PCB de alta velocidade, seu padrão de sinalização pode exigir que você mantenha o controle de impedância em toda a sua placa. Se você projetou seu empilhamento corretamente, e dimensionou seus traços adequadamente, você pode garantir que a impedância nos traços de sua placa de circuito permaneça consistente em todo o layout do seu PCB. O melhor software de design usará um resolvedor de campo integrado para aplicar cálculos de impedância em tempo real no seu PCB de alta velocidade para garantir que você cumpra com seus padrões de encaminhamento. No entanto, a impedância não é toda a história, e seu calculador de impedância precisa determinar o cálculo do atraso de propagação para seus sinais a fim de evitar desvios.

Encaminhamento controlado por impedância no Altium Designer

Considerando o Atraso do Pacote-Pin

Em todo projeto de alta velocidade acima de aproximadamente 500 MHz, o fio de ligação a um circuito integrado gera alguma indutância que introduz um atraso ao sinal. Esse atraso dentro do dispositivo é referido como atraso do pacote de pinos. Os comprimentos dos pacotes de pinos podem ser definidos como um atributo do pino do componente no seu esquemático. Isso introduz um atraso adicional visto por um sinal, o qual precisa ser considerado ao rotear sua placa de circuito.

Como de costume, modelos de simulação são necessários para executar a simulação. No caso de uma simulação de integridade de sinal, modelos IBIS são necessários para todos os ICs conectados aos sinais que queremos simular. O Altium Designer pode ajudá-lo a gerenciar modelos IBIS para componentes básicos, como resistores, capacitores, indutores, conectores, transistores, diodos e mais. A única coisa com a qual você precisa se preocupar é encontrar modelos de simulação para ICs, que geralmente podem ser baixados do site do fabricante.

• O atraso do pacote de pinos introduz indutância indesejada em uma PCB de alta velocidade, mas você pode incluir o atraso resultante em suas simulações de integridade de sinal para um roteamento preciso.

  Saiba mais sobre atrasos de pacote de pinos em circuitos integrados e sua PCB.

• Placas complexas possuem parasitas complexos, e um resolvedor de campo eletromagnético é necessário para garantir que sua impedância e atraso de propagação sejam precisos.

  Veja como um resolvedor de campo integrado fornece cálculos precisos de atraso de propagação e impedância.

• Um design controlado por impedância ajudará a reduzir sua dependência de redes de terminação, o que libera espaço na placa para trilhas e outros componentes.

  Saiba mais sobre design e roteamento controlados por impedância.

Resultados de simulação paramétrica com um resistor em série para correspondência de impedância

Um Conjunto de Ferramentas Completo para Design de Alta Velocidade no Altium Designer

As funcionalidades de layout de PCB e utilitários de roteamento no Altium Designer se integram com um pacote de simulação poderoso, dando a você a capacidade de navegar com sucesso pelas complexidades da sua placa de alta velocidade, tanto antes quanto depois de terminar o roteamento. O resolvedor de campo integrado no Altium Designer garante que seus sinais de alta velocidade cheguem ao seu destino sem excesso de desvio enquanto mantém o controle de impedância. Somente o Altium Designer unifica todas essas características e muitas outras em um único programa.

Design de PCB de Alta Velocidade Orientado por Regras no Altium Designer

O Altium Designer inclui ferramentas de análise de integridade de sinal e análise de integridade de potência em um único programa, e essas ferramentas integram-se diretamente com os recursos padrão de CAD e layout. Todas essas ferramentas usam o mesmo formato de dados e são acessíveis juntamente com os dados de layout da sua placa de circuito. Todos os recursos de design e análise no Altium Designer são construídos sobre o mesmo motor de design baseado em regras, o que permite verificar seu design contra regras de design padrão e específicas à medida que você cria sua placa de circuito impresso.

• O ambiente de design integrado no Altium Designer unifica seus recursos de design importantes em cima de um único motor de design baseado em regras. Você pode definir tolerâncias de impedância, analisar diafonia e transientes, e muito mais em um único programa.

  Saiba mais sobre o ambiente de design unificado do Altium Designer.

• O Altium Designer contém os melhores recursos para design de PCB de alta velocidade, incluindo ferramentas para simulação e verificação de regras de design em um único programa de design.

  Saiba mais sobre design de alta velocidade no Altium Designer.

• Os recursos de roteamento interativo no Altium Designer dão a você controle sobre o tempo de sinal e os caminhos de roteamento. Você terá ferramentas para controle de impedância em sua placa e poderá manter seus sinais sincronizados com ferramentas de correspondência de comprimento de traço.

  Saiba mais sobre as ferramentas de roteamento interativo no Altium Designer.

Se você não está familiarizado com design de alta velocidade ou com o uso de ferramentas de integridade de sinal, a Altium oferece acesso aos recursos necessários para se tornar um líder na indústria de design de PCB. Você terá acesso ao fórum AltiumLive, uma extensa base de conhecimento, podcasts e webinars de especialistas da indústria, e tutoriais detalhados sobre recursos. Nenhuma outra empresa de software de design de PCB oferece tantos recursos para o sucesso.

O Altium Designer inclui muitos outros recursos além de ferramentas de análise de integridade de sinal para design de PCB de alta velocidade. As ferramentas de layout são construídas sobre o mesmo motor de design orientado por regras e modelo de dados que os recursos de integridade de sinal, permitindo que essas ferramentas trabalhem dentro das suas restrições de design. Você também poderá preparar sua placa para fabricação, gerar uma lista de materiais e outros entregáveis para montagem, e gerenciar suas fontes de componentes. Todas essas ferramentas estão presentes em um único programa, permitindo que você leve sua próxima ideia de um conceito a um produto acabado.

O Altium Designer no Altium 365 oferece uma quantidade sem precedentes de integração à indústria eletrônica até agora relegada ao mundo do desenvolvimento de software, permitindo que os designers trabalhem de casa e alcancem níveis de eficiência sem precedentes.

Apenas começamos a explorar o que é possível fazer com o Altium Designer no Altium 365. Você pode verificar a página do produto para uma descrição mais detalhada das funcionalidades ou um dos Webinars Sob Demanda.