Guia de Design de PCB para Impedância Controlada Durante o Roteamento de PCB

Em junho de 1831, Sir James Clark Ross descobriu o Polo Magnético Norte na Península de Boothia, no Norte do Canadá. Embora o termo “descoberta” pareça indicar que o Polo Magnético Norte é estático, os Polos Magnéticos Norte e Sul, de fato, movem-se continuamente. O campo magnético da Terra muda ao longo do tempo e, à medida que essas mudanças ocorrem, as posições dos polos também se deslocam. Dado o ritmo de movimento de 55 km por ano, podemos ter outro significado para “expresso polar”.

Ao trabalhar com a viagem de sinais na sua PCB, no entanto, você pode não ter tempo, dinheiro ou energia para se preocupar com o investimento de viajar de uma ponta polar à outra. O roteamento de trilhas e a largura das trilhas são importantes a se ter em mente; no entanto, as trilhas no plano de terra da sua placa de circuito podem dificultar o acompanhamento da impedância diferencial. Aprender mais sobre como aproveitar ao máximo o software de design de PCB para trilhas e roteamento de impedância controlada pode ajudar.

Explorando a Impedância Complexa

Em termos de impedância, o conceito de "polar" envolve um tipo diferente de exploração. A impedância complexa é uma ferramenta importante para trabalhar com circuitos AC de múltiplos componentes. Em vez de usar senos e cossenos para representar tensões e correntes nesses circuitos, podemos expressar a impedância como uma exponencial complexa ou . A impedância funciona como a razão tensão/corrente para uma única exponencial complexa em uma frequência particular.

A partir daí, podemos expressar a impedância de elementos individuais do circuito como números puramente imaginários ou reais. Com isso, a impedância reativa puramente imaginária de um indutor ideal é:

Enquanto isso, a impedância reativa puramente imaginária de um capacitor ideal aparece como:

Mover para números puros ou imaginários requer o uso de um plano complexo com resistência ao longo do eixo real. Aqui, os valores de reatância do capacitor e de um indutor tornam-se números imaginários. A impedância imaginária fornece o componente reativo da impedância e nos permite avaliar mudanças de fase que ocorrem devido à reatância.

Com combinações em série de componentes RL e RC, podemos adicionar os valores dos componentes como componentes de um vetor. Como números complexos, esses valores têm as mesmas unidades que a resistência.

Forma Polar da Impedância Complexa

A forma polar de expressões complexas para circuitos RL e RC aparece como um sistema de coordenadas bidimensional que ilustra a relação entre a amplitude e a fase da tensão e corrente. Cada ponto em um plano é uma dada distância de um ponto de referência e um dado ângulo de uma direção de referência. O ponto de referência funciona como o polo, enquanto o raio do polo na direção de referência refere-se ao eixo polar. A distância do polo é igual à coordenada radial ou raio, enquanto o ângulo representa o ângulo polar.

Na forma polar, a magnitude da impedância complexa é igual à razão da amplitude da tensão pela amplitude da corrente. A fase da impedância complexa é igual ao deslocamento de fase da corrente à frente da tensão. Na forma de equação, a impedância aparece como:

A magnitude representa a razão da diferença de amplitude da tensão pela amplitude da corrente. O argumento Ɵ dá a diferença de fase entre a tensão e a corrente, enquanto representa a unidade imaginária. Usar a forma polar para impedância complexa simplifica a multiplicação e divisão de quantidades de impedância.

Ser capaz de planejar suas trilhas para roteamento de PCB com impedância controlada é necessário

Controle de Impedância de PCB

Nossa breve discussão sobre a impedância complexa e a forma polar da impedância complexa destaca tanto a complexidade matemática envolvida no cálculo da impedância quanto os problemas difíceis que encontramos com o controle de impedância no design de PCBs. Com circuitos de alta frequência e múltiplas camadas compostos por numerosos vias e ramificações atuando como linhas de transmissão, o problema se torna ainda mais difícil devido ao potencial de reflexão de energia entre a fonte e a carga. Independentemente do tipo ou complexidade do circuito, a transferência máxima de sinal ocorre apenas se todas as impedâncias ao longo do caminho do sinal forem compatíveis.

Usar as melhores práticas de design em sua placa de circuito pode garantir que suas trilhas sejam roteadas corretamente e que a impedância possa ser adequadamente compatibilizada. Para combinar a impedância de saída da fonte, a impedância da trilha e a impedância de entrada da carga:

• Compatibilizar a impedância dos componentes
• Medir características da trilha como comprimento, largura e espessura
• Usar microstrips para alcançar a impedância desejada

Controle de Impedância e Roteamento com Altium Designer^®

O Altium Designer permite que você analise a integridade do sinal do seu projeto de PCB já na fase de captura esquemática. Você também pode definir as redes de alimentação e usar o menu Ferramentas para fornecer impedâncias médias de trilhas e comprimentos de rotas. O Altium Designer oferece uma solução direta para o casamento de impedâncias dos componentes dentro do seu projeto. Você também pode analisar a reflexão em redes selecionadas e experimentar com diferentes valores de terminadores.

Para determinar a impedância de roteamento, você pode usar uma das duas fórmulas encontradas no Altium Designer. A primeira permite determinar a impedância característica de um microstrip, enquanto a segunda fornece a fórmula da impedância característica para uma stripline. Ambas as equações mostram as espessuras dielétricas, a largura de roteamento e a constante dielétrica do material dielétrico.

Confie no seu software de design de PCB para ajudar a mapear suas trilhas de forma eficiente e eficaz

O Altium Designer simplifica ainda mais essa tarefa com sua opção de Largura de Impedância Característica. Com esta opção, você pode estabelecer a regra de Design de Largura de Roteamento dentro do Editor de Regras e Restrições de PCB e, em seguida, inserir suas impedâncias requeridas. A opção de Largura de Impedância Característica automaticamente traduz as impedâncias requeridas em larguras para cada camada de sinal. Controlada de forma interativa, a funcionalidade de roteamento de impedância do Altium Designer ajusta automaticamente a largura da trilha para a impedância requerida.

Para saber mais sobre roteamento de impedância controlada e correspondência de impedância de componentes para o seu design de PCB de alta velocidade, fale com um especialista na Altium Designer.