Introdução ao Design de PCB de Alta Velocidade: Caminhos de Sinal

Já planejou uma viagem de avião onde não existe um voo direto para o seu destino? Eu já, e como você provavelmente já sabe, isso não é um problema. Eu uso o planejador de viagens no site da minha companhia aérea e deixo que ele descubra todos os detalhes da viagem para mim. Tudo o que tenho que fazer é inserir minha origem e destino, e o planejador determina meu itinerário — com tempo suficiente para fazer minhas conexões. É muito fácil.

Você consegue imaginar quanto do seu tempo seria necessário se tivesse que fazer todo o planejamento da viagem por conta própria? Você teria que pesquisar as diferentes companhias aéreas, voos, horários de partida e chegada, e depois calcular todas essas informações juntas para descobrir a melhor rota.

Uma viagem de avião que requer vários voos de conexão é muito semelhante a um caminho de sinal em uma placa de circuito impresso. Um caminho de sinal tem um início e um fim, com várias conexões entre eles, assim como a viagem de avião. E assim como você precisa planejar seu itinerário, tentar rotear um caminho de sinal em uma PCB requer determinar os comprimentos e parâmetros de todas as redes individuais — uma proposta que consome tempo, na melhor das hipóteses.

Felizmente, no entanto, temos ferramentas de software de layout de PCB que podem gerenciar caminhos de sinal da mesma forma que os sites de companhias aéreas usam ferramentas de planejamento de viagens para organizar viagens. Vamos dar uma olhada nos caminhos de sinal e como as ferramentas de software de layout de PCB atuais podem ajudá-lo a trabalhar com eles. Não posso prometer uma viagem sem problemas para alguma ilha deserta exótica, mas posso prometer uma melhor compreensão de como você pode trabalhar com caminhos de sinal no seu próximo design de PCB de alta velocidade.

O que é um Caminho de Sinal?

Um caminho de sinal é o trajeto que um sinal percorre desde sua origem através de múltiplos componentes e redes até seu destino. Por exemplo, considere uma linha de transmissão simples entre duas partes que têm um resistor de terminação em linha. A primeira rede conecta o pino do driver a uma extremidade do resistor, enquanto a segunda rede conecta a outra extremidade do resistor ao pino receptor. No sistema CAD, isso são duas redes diferentes, mas para fins de design de alta velocidade, as duas redes formam um caminho de sinal único.

Ao projetar uma PCB de alta velocidade, você pode controlar a impedância do seu roteamento através da largura do traço e como você designa a pilha de camadas da placa. Você também pode controlar o comprimento do roteamento do traço e igualar esses comprimentos de traço com outros traços. O próximo passo no desenvolvimento de suas habilidades de design de PCB de alta velocidade é o roteamento de caminhos de sinal. Não apenas você ainda precisará rotear impedâncias controladas e comprimentos de traço correspondentes, mas terá que fazer isso para todo o caminho do sinal em vez de para redes individuais. Felizmente, as ferramentas CAD em uso hoje podem oferecer muita ajuda com o roteamento de caminhos de sinal.

Configurando um Caminho de Sinal para Roteamento

Para configurar um caminho de sinal que mantenha uma boa integridade de sinal, você criará uma classe de caminho de sinal em suas ferramentas CAD e atribuirá as redes apropriadas a essa classe. Ao atribuir as redes à classe de caminho de sinal, você pode fazê-lo manualmente ou, se o seu software oferecer essa opção, permitir que as ferramentas CAD atribuam automaticamente as redes com base nos drivers e receptores que você especificar. Independentemente de você atribuir as redes manualmente ou automaticamente, ainda precisará confirmar que elas estão na sequência correta. Isso é importante para que a topologia de roteamento das redes de caminho de sinal esteja na ordem correta. Muitos designers atribuem automaticamente as redes em suas classes de sinal e, em seguida, reordenam-nas manualmente, se necessário.

Uma vez que as redes estejam atribuídas à classe de caminho de sinal, você poderá então especificar outros parâmetros para a classe de caminho de sinal. Esses parâmetros incluem os comprimentos máximo e mínimo do roteamento permitidos e a quantidade máxima e mínima de vias que podem ser usadas.