La conception de l'empilement de PCB présente de nombreuses contraintes. Les conceptions à grande vitesse nécessitent une capacité interplan, une impédance régulée et une minimisation de la diaphonie. Les cartes de circuits imprimés à grande vitesse prennent désormais en compte l'impédance de trace, bien que l'empilement affecte la sensibilité à la diaphonie et la capacité de feuille entre les plans de masse et d'alimentation.
Beaucoup de ces problèmes peuvent être résolus manuellement ou avec un programme de conception de circuit pour modéliser l'impédance de votre carte. Pourtant, le meilleur Conception de PCB Les outils offrent des méthodes plus complexes de conception pour une impédance régulée.
Le processus de conception d'empilement d'Altium Designer inclut des calculs d'impédance de PCB, éliminant ainsi le besoin de calculatrices Web. Les fonctionnalités de gestion et de routage de l'empilement de couches d'Altium Designer incluent un solveur de champ pour l'ajustement de l'impédance à l'échelle de la carte. Le gestionnaire d'empilement de couches et les outils de routage d'Altium Designer fournissent un calculateur d'impédance PCB fluide pour les conceptions à grande vitesse.
Calcul de l'impédance de l'empilement de PCB
La géométrie des pistes, le noyau du PCB ou le matériau préimprégné et l'orientation de la couche affectent l'impédance de votre PCB. Les outils de conception doivent tenir compte des valeurs d'impédance des dispositions de pistes couplées aux bords, intégrées et décalées. La modélisation de la rugosité et de la dispersion du cuivre pourrait améliorer ces outils.
Les calculateurs de PCB en ligne et les calculs analytiques ne peuvent pas tenir compte de la rugosité, de la dispersion ou de la gravure.
Formules d'impédance IPC-2141 :
Les paramètres de conception des PCB sont définis et calculés à l'aide d'équations comme de nombreux sous-domaines techniques. Les propriétés diélectriques du substrat et la forme de la trace doivent être prises en compte lors du calcul de l'impédance de la trace. La plupart des estimations d'impédance microstrip et stripline utilisent les formules IPC-2141.
Équations d'impédance du Code international de physique
Les protocoles de signalisation à haut débit, à haute fréquence et multicouches avec des bandes passantes GHz ne peuvent pas utiliser ces estimations en raison de leur imprécision de 7 %. Les calculateurs d'impédance de trace PCB sont rares.
Impédance de ligne triplaque
Choisissez des paramètres géométriques et utilisez les équations pour savoir comment les couches de votre carte affectent l'impédance. Étant donné que la constante diélectrique se trouve dans les équations d'impédance, il est essentiel de choisir le matériau de substrat diélectrique approprié pour la configuration de votre circuit imprimé.
Les lignes coplanaires compensent les lignes à bande et les guides d'ondes nécessitent des méthodes plus sophistiquées. Après avoir choisi la meilleure disposition de couches pour votre conception de PCB, utilisez un solveur de champ pour calculer la surface nécessaire pour obtenir une impédance spécifique.
L'impédance d'empilement de PCB affecte le calcul
Les couches de routage et la capacité du plan d'alimentation peuvent être équilibrées sur une carte de circuit imprimé à dix couches (les lignes en gras représentent les couches planes ; P = préimprégné ; L = stratifié). La pile de gauche comporte six couches de signal et une paire de plans étroitement espacés.
Si la capacité interplan est nécessaire, cela peut entraîner des problèmes de livraison de puissance malgré l'économie d'espace de routage. La pile de droite a six couches de routage mais quadruple les paires d'avions de gauche. Cela améliore la capacité interplan mais diminue la zone de routage.
Calculateur d'impédance de circuit imprimé d'Altium Designer
Le Layer Stack Manager d'Altium Designer simplifie l'organisation de l'empilement des PCB et le calcul de l'impédance des pistes. L'empilement de couches PCB de ce produit comprend un solveur de champ standard de l'industrie. Altium Designer calcule automatiquement l'impédance de piste pour votre empilement de PCB.
· L'empilement affecte l'impédance de la trace, qui peut être utilisée pour affiner l'impédance de la carte.
· Utilisez vos couches de conception pour améliorer l'impédance de la trace.
· Les calculs d'impédance doivent tenir compte de la dispersion du substrat diélectrique. Des résultats précis à n'importe quelle fréquence l'exigent.
Vous pouvez utiliser une variété de méthodes de terminaison standard pour terminer les composants PCB.
Calculateur d'impédance logiciel et éditeur d'empilement de couches
L'espacement des couches dans votre pile (H dans l'équation ci-dessus) est l'un des aspects essentiels pour déterminer l'impédance du signal et d'autres caractéristiques de conception critiques lors du développement de cartes de circuits imprimés à grande vitesse. La disposition et la séparation des couches dans votre empilement affectent trois caractéristiques cruciales de la conception de cartes de circuits imprimés à grande vitesse :
La stabilité de puissance du dispositif à grande vitesse dépend de la capacité interplanaire. La capacité interplan peut être augmentée en disposant des plans d'alimentation et de masse sur des niveaux adjacents avec un petit espace.
L'inductance de boucle détermine si les traces sont sujettes à la diaphonie inductive. La séparation des couches diminue l'inductance de boucle.
L'écart de couche affecte l'interaction capacitive et inductive entre les traces. Ce calcul trouvera les impédances paires, impaires et différentielles.
Comme indiqué, la constante diélectrique de votre substrat affecte l'impédance de la trace, comme le montre l'équation ci-dessus. Les calculs d'impédance et la conception d'empilement de PCB doivent tenir compte des caractéristiques diélectriques du substrat. Les changements de constante diélectrique dépendant de la fréquence affectent le couplage, la diaphonie et l'impédance de la trace.
Calculs d'impédance et conception d'empilement de PCB
Les PCB prennent désormais en charge des circuits logiques plus complexes et plus rapides. Les PCB modernes doivent répondre aux normes de gestion d'impédance, de diaphonie et de capacité interplan. Les PCB à grande vitesse nécessitent une régulation d'impédance.
Les calculateurs d'impédance PCB mesurent la résistance des traces. Pour répondre aux exigences d'impédance des PCB, la conception d'empilage est essentielle. Les calculatrices peuvent être affectées par la rugosité ou la gravure du cuivre.
Altium Designer, un outil de conception de circuits imprimés, peut estimer l'impédance des circuits imprimés pour la conception d'empilement. Conception d'empilement de PCB. Les concepteurs peuvent utiliser la gestion et le routage de la pile de couches pour contrôler l'impédance de la carte.
La conception de l'empilement, les calculs d'impédance de PCB et l'implication d'Altium Designer dans le contrôle d'impédance à grande vitesse sont traités en détail dans cet article.
Empilage de circuits imprimés
Les PCB étaient initialement utilisés pour alimenter des circuits logiques lents en courant continu (DC) et connecter des composants logiques ou discrets. Aujourd'hui, les PCB ont de nombreuses autres utilisations. Les PCB soudables à bas prix étaient la cible. Au fur et à mesure que les circuits logiques se développaient, le besoin d'interconnexions plus rapides augmentait, rendant les niveaux d'impédance de plus en plus importants. Les ingénieurs ont fait pression sur les fabricants pour créer des circuits imprimés avec une impédance de 50 ohms.
Calcul de l'impédance du circuit imprimé
L'impédance de trace d'un PCB dépend de sa géométrie, de son noyau et de son matériau préimprégné, et de ses couches. Des géométries différentes nécessitent des approches différentes en raison des différences d'impédance entre les topologies de trace à couplage de bord, d'intégration et de décalage.
Certaines méthodes analytiques et calculateurs de PCB en ligne sous-estiment la rugosité, la dispersion et la gravure du cuivre lors de la prédiction de l'impédance des PCB. Ainsi, la mesure de l'impédance des traces de PCB implique des méthodes et des instruments distincts.
Éditeur d'impédance de circuit imprimé Altium Designer
Les plans de masse et d'alimentation sont nécessaires pour les empilements de PCB à impédance contrôlée. Les plans de masse réduisent la diaphonie, ce qui entraîne une dégradation du bruit et du signal dans les circuits à grande vitesse.
L'intégrité du signal est maintenue grâce au chemin de retour à faible impédance d'un plan de masse. Les plans d'alimentation assurent une alimentation stable aux composants PCB. Pour obtenir l'impédance et l'intégrité du signal, la conception de l'empilement doit tenir compte de l'emplacement et de l'épaisseur de ces plans.
Altium Designer pour l'empilement de circuits imprimés
Altium Designer facilite la conception d'empilement de PCB. Cet outil facilite la conception à grande vitesse et l'impédance régulée. Utilisez le solveur de champ du logiciel pour obtenir la pile avec le nombre correct de couches, les emplacements de plan d'alimentation et de masse et l'épaisseur de couche pour votre conception.
Le gestionnaire d'empilement de couches d'Altium Designer est un outil puissant pour la création et la maintenance d'empilements. Le gestionnaire de pile de couches fournit une interface graphique de gestion de pile. Cette interface permet aux utilisateurs de créer, de supprimer et de déterminer les épaisseurs de couche. Le noyau, le préimprégné et la constante diélectrique de chaque couche peuvent être spécifiés.
Altium Designer fournit un gestionnaire d'empilement de couches, un moteur de routage et de nombreux critères et contraintes de conception pour vous aider à construire une conception appropriée. Pour les conceptions à grande vitesse, une largeur de trace minimale et un espacement entre les traces permettent d'assurer un fonctionnement correct.
Conclusion
En conclusion, les empilements de PCB à grande vitesse doivent intégrer une impédance contrôlée, un contrôle de la diaphonie et une capacité interplan. Cependant, les calculateurs en ligne et les calculs scientifiques peuvent avoir besoin d'aide pour tenir compte de la rugosité et de la dispersion du cuivre.
Pour créer un empilement de PCB qui répond à tous vos besoins de conception à grande vitesse, utilisez un outil de conception de PCB robuste comme Altium Designer, qui contient un solveur de champ, un moteur de routage et des règles et limites de conception. Cela vous permet de créer un empilement de PCB prêt pour la conception. Altium Designer peut créer un circuit imprimé à grande vitesse qui fonctionne bien et qui a fière allure.
