Respuestas breves a grandes preguntas sobre el diseño de PCB

P1: ¿Cómo elegir el material de la PCB (placa de circuito impreso)?

A1:Material de PCBtiene que seleccionarse totalmente en función del equilibrio entre las exigencias de diseño, la producción en volumen y el costo. Las exigencias de diseño implican elementos eléctricos que deben tomarse muy en serio durante el diseño de PCB de alta velocidad. Además, se debe considerar si la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica son compatibles con la frecuencia.

P2: ¿Cómo evitar las interferencias de alta frecuencia?

A2: El principio fundamental para superar la interferencia de alta frecuencia es reducir al máximo la diafonía, lo cual puede lograrse aumentando la distancia entre las señales de alta velocidad y las señales analógicas o incorporando trazas de guarda o derivación conectadas a tierra junto a las señales analógicas. Además, se debe considerar cuidadosamente la interferencia de ruido causada por la tierra digital sobre la tierra analógica.

P3: ¿Cómo disponer las pistas que transportan señales diferenciales?

A3: En el diseño de trazas que transportan señales diferenciales deben considerarse dos puntos. Por un lado, la longitud de las dos líneas debe ser la misma; por otro lado, el espaciado entre las dos líneas debe mantenerse paralelo.

P4: ¿Cómo disponer las pistas que transportan señales diferenciales cuando solo hay una línea de señal de reloj en el terminal de salida?

A4: La premisa de que las pistas transporten señales diferenciales es que tanto las fuentes de señal como el extremo receptor deben ser señales diferenciales. Por lo tanto, el ruteo diferencial nunca puede funcionar en señales de reloj que solo tienen un extremo de salida.

P5: ¿Se puede añadir una resistencia adaptada entre pares diferenciales en el extremo de recepción?

A5: La resistencia adaptada suele añadirse entre los pares diferenciales en el extremo de recepción y su valor es igual al de la impedancia diferencial. Como resultado, la calidad de la señal será mejor.

P6: ¿Por qué las pistas de par diferencial deben estar cerca una de la otra y ser paralelas?

A6: Las pistas de par diferencial deben estar adecuadamente cercanas y paralelas. La distancia entre las pistas del par diferencial está determinada por la impedancia diferencial, que es un parámetro de referencia clave en el diseño de pares diferenciales.

P7: ¿Cómo resolver los conflictos entre el ruteo manual y el autoruteo en señales de alta velocidad?

A7: Ahora la mayoría de los autoenrutadores pueden controlar el método de tendido de pistas y el número de orificios pasantes mediante el establecimiento de condiciones de restricción. Todas las empresas de EDA difieren mucho entre sí en cuanto a los métodos de tendido de pistas y la configuración de las condiciones de restricción. La dificultad del enrutamiento automático está estrechamente relacionada con la capacidad de tendido de pistas. Por lo tanto, este problema puede resolverse eligiendo un enrutador con una alta capacidad de tendido de pistas.

P8: En el diseño de PCB de alta velocidad, las áreas en blanco de las capas de señal pueden recubrirse con cobre. ¿Cómo se debe distribuir el cobre en múltiples capas de señal en cuanto a puesta a tierra y alimentación?

A8: Generalmente, el recubrimiento de cobre está mayormente conectado a tierra en el área en blanco. La distancia entre el recubrimiento de cobre y las líneas de señal debe diseñarse estrictamente porque el cobre recubierto reducirá ligeramente la impedancia característica. Al mismo tiempo, la impedancia característica de las otras capas no debe verse afectada.

P9: ¿Se puede determinar la impedancia característica en un plano de alimentación mediante el modelo de línea microstrip? ¿Se puede usar el modelo de línea microstrip para señales entre el plano de alimentación y el plano de tierra?

A9: Sí. Durante el procedimiento de cálculo de la impedancia característica, tanto el plano de potencia como el plano de tierra pueden considerarse como planos de referencia.

P10: ¿Pueden los puntos de prueba generados mediante automatización en PCB de alta densidad satisfacer las demandas de prueba de la producción masiva?

A10: Todo depende del caso, es decir, de si las regulaciones sobre los puntos de prueba son compatibles con los requisitos establecidos por las máquinas de prueba. Además, si el ruteo se realiza con demasiada densidad y las regulaciones sobre los puntos de prueba son muy estrictas, puede que no haya manera de colocar puntos de prueba en cada tramo de la línea. Por supuesto, se pueden utilizar métodos manuales para complementar los puntos de prueba.

P11: ¿Puede la adición de puntos de prueba influir en la calidad de las señales de alta velocidad?

A11: Todo depende del caso, del método de adición de puntos de prueba y de la velocidad de funcionamiento de las señales. Básicamente, los puntos de prueba se obtienen añadiéndolos a las líneas o sacando un segmento. Ambos métodos pueden afectar en mayor o menor medida a las señales de alta velocidad, y el grado de efecto está relacionado con la frecuencia, la velocidad y la tasa de flanco de las señales.

P12: Cuando un par de PCB se conectan en un sistema, ¿cómo se deben conectar las líneas de tierra de cada PCB?

A12: Según la ley de corrientes de Kirchhoff, cuando la energía o las señales se envían desde la Placa A a la Placa B, una cantidad equivalente de corriente regresará a la Placa A desde el plano de tierra y la corriente en el plano de tierra fluirá de regreso por el camino donde la impedancia sea más baja. Por lo tanto, la cantidad de pines que contribuyen al plano de tierra nunca debe ser demasiado pequeña en cada interfaz de interconexión de energía o señal, de modo que tanto la impedancia como el ruido en la tierra puedan reducirse. Además, se debe analizar todo el lazo de corriente, especialmente la parte donde la corriente es mayor, y se debe ajustar la conexión del plano de tierra o de las líneas de tierra para controlar el recorrido de la corriente y disminuir la influencia sobre otras señales sensibles.

P13: ¿Se pueden añadir líneas de tierra en medio de las líneas de señal diferencial?

A13: Básicamente, no se pueden añadir líneas de tierra entre las líneas de señal diferencial porque el mayor significado del principio de las líneas de señal diferencial radica en la ventaja que aporta el acoplamiento mutuo entre las líneas de señal diferencial, como la cancelación de flujo, la inmunidad al ruido, etc. El efecto de acoplamiento se destruirá si se añaden líneas de tierra entre ellas.

P14: ¿Cuál es el principio para seleccionar un PCB adecuado y el punto de puesta a tierra de la cubierta?

A14: El principio consiste en aprovechar la masa del chasis para proporcionar una trayectoria de baja impedancia para la corriente de retorno y controlar el recorrido de dicha corriente de retorno. Por ejemplo, se pueden usar tornillos cerca de componentes de alta frecuencia o del generador de reloj para conectar el plano de tierra de la PCB con la masa del chasis y reducir al máximo posible el área total del lazo de corriente, es decir, reducir la interferencia electromagnética.

P15: ¿Dónde debería comenzar la depuración de la PCB?

A15: En lo que respecta al circuito digital, se deben realizar las siguientes cosas en orden. Primero, se deben confirmar todos los valores de alimentación para que cumplan en promedio con los requisitos de diseño. Segundo, se deben confirmar todas las frecuencias de las señales de reloj para que funcionen con normalidad y que no haya problemas de no monotonía en los flancos. Tercero, se debe confirmar que las señales de reinicio cumplan con los requisitos estándar. Si se han verificado las condiciones anteriores, el chip debería enviar señales en el primer ciclo. Luego, la depuración se llevará a cabo en función del protocolo de funcionamiento del sistema y del protocolo de bus.

P16: ¿Cuál es la mejor manera de diseñar una PCB de alta velocidad y alta densidad con un área de placa fija?

A16: En el proceso de diseño de PCB de alta velocidad y alta densidad, se debe prestar especial atención a la interferencia por diafonía, ya que afecta en gran medida al temporizado y a la integridad de la señal. Se proponen algunas soluciones de diseño. Primero, se debe controlar la continuidad y la adaptación de la impedancia característica del ruteo. Segundo, se debe tener en cuenta el espaciado, que normalmente es el doble del ancho de la pista. Tercero, se deben elegir métodos de terminación adecuados. Cuarto, el ruteo en capas adyacentes debe realizarse en direcciones diferentes. Quinto, se pueden usar vías ciegas/enterradas para aumentar el área de ruteo. Además, se deben mantener la terminación diferencial y la terminación en modo común para reducir la influencia en el temporizado y la integridad de la señal.

P17: El circuito LC se suele aplicar para filtrar ondas en potencia analógica. ¿Por qué a veces el LC funciona mejor que el RC?

A17: La comparación entre LC y RC debe basarse en la suposición de que la banda de frecuencia y la inductancia se han seleccionado adecuadamente. Debido a que la reactancia de la inductancia está relacionada con la inductancia y la frecuencia, si la frecuencia de ruido de la alimentación es demasiado baja y la inductancia no es lo suficientemente alta, el LC funciona peor que el RC. Sin embargo, una de las desventajas del RC radica en que la propia resistencia consumirá energía con baja eficiencia.

P18: ¿Cuál es la forma óptima de cumplir los requisitos de EMC sin presión de costos?

A18: La placa PCB sufre un mayor costo debido al EMC, generalmente porque el número de capas aumenta para reforzar el esfuerzo de apantallamiento y se preparan algunos componentes, como perlas de ferrita o choques, que se utilizan para detener los componentes de ondas armónicas de alta frecuencia. Además, se deben utilizar otras estructuras de apantallamiento en otros sistemas parasatisfacer las exigencias de EMC. En primer lugar, se deben utilizar tantos componentes como sea posible con una baja velocidad de variación (slew rate) para disminuir las porciones de alta frecuencia generadas por las señales. En segundo lugar, los componentes de alta frecuencia nunca deben colocarse demasiado cerca de los conectores exteriores. En tercer lugar, la adaptación de impedancia, la capa de ruteo y la trayectoria de la corriente de retorno de las señales de alta velocidad deben diseñarse cuidadosamente para reducir la reflexión y la radiación de alta frecuencia. En cuarto lugar, se deben colocar suficientes condensadores de desacoplo en los pines de alimentación para reducir el ruido en el plano de alimentación y en el plano de tierra. En quinto lugar, la tierra cercana al conector exterior puede separarse del plano de tierra y la tierra del conector debe estar cerca de la tierra del chasis.

P19: Cuando una placa PCB incluye múltiples módulos digitales/analógicos, la solución habitual es separar los módulos digitales y analógicos. ¿Por qué?

A19: La razón para dividir los módulos digitales y analógicos es que el ruido suele generarse en la alimentación y la tierra durante la conmutación entre alto y bajo potencial, y la magnitud del ruido está relacionada con la velocidad de la señal y la cantidad de corriente. Si los módulos analógico y digital no se separan y el ruido generado por el módulo digital es mayor y el circuito en el área analógica es similar, incluso si las señales analógicas y digitales no se cruzan, las señales analógicas seguirán viéndose afectadas por el ruido.

P20: En lo que respecta al diseño de PCB de alta velocidad, ¿cómo se debe implementar la adaptación de impedancia?

A20: En lo que respecta al diseño de PCB de alta velocidad,adaptación de impedanciases una de las consideraciones principales. La impedancia presenta una relación absoluta con el ruteo. Por ejemplo, la impedancia característica está determinada por un conjunto de elementos que incluyen el espacio entre la capa de microstrip o stripline/doble stripline y la capa de referencia, el ancho del ruteo, el material de la PCB, etc. Dicho de otro modo, la impedancia característica nunca puede determinarse hasta que se haya realizado el ruteo. La solución esencial a este problema es evitar en la mayor medida posible que se produzcan discontinuidades de impedancia.

P21: En el proceso de diseño de PCB de alta velocidad, ¿qué medidas deben tomarse en consideración de EMC/EMI?

A21: En términos generales, el diseño EMI/EMC debe considerarse tanto desde los aspectos radiados como conducidos. El primero pertenece a la parte cuya frecuencia es más alta (más de 30 MHz), mientras que el segundo corresponde a la parte cuya frecuencia es más baja (menos de 30 MHz). Por lo tanto, se deben tener en cuenta tanto la parte de alta frecuencia como la de baja frecuencia. Un buen diseño EMI/EMC debe comenzar desde la colocación de los componentes,Apilamiento de PCB, enrutamiento, selección de componentes, etc. Una vez que esos aspectos se dejan sin considerar, el costo posiblemente aumentará. Por ejemplo, el generador de reloj no debería estar lo más cerca posible del conector exterior. Además, los puntos de conexión deben seleccionarse adecuadamente entre la PCB y el chasis.

P22: ¿Qué es la topología de enrutamiento?

A22: La topología de enrutamiento, también llamada orden de enrutamiento, se refiere al orden del enrutamiento en una red con múltiples terminadores.

P23: ¿Cómo se debe ajustar la topología de enrutamiento para aumentarintegridad de señal?

A23: Este tipo de señales de red es tan complejo que la topología es diferente según las distintas direcciones, distintos niveles y distintos tipos de señales. Por lo tanto, es difícil determinar qué tipo de señales es beneficioso para la calidad de la señal.

P24: ¿Cuál es la razón del recubrimiento de cobre?

A24: Por lo general, hay un par de razones para el recubrimiento de cobre. En primer lugar, un recubrimiento de cobre masivo de tierra o de potencia tendrá un efecto de blindaje y algunas tierras especiales, como PGND, pueden desempeñar un papel de protección. En segundo lugar, para garantizar un alto rendimiento del galvanizado o evitar que la laminación se deforme, se debe recubrir con cobre la placa PCB con menos ruteo. En tercer lugar, el recubrimiento de cobre proviene de los requisitos de integridad de señal. Se debe proporcionar una trayectoria de retorno completa para las señales digitales de alta frecuencia y se debe reducir el ruteo de la red de CC. Además, también se debe tener en cuenta la disipación térmica.

P25: ¿Qué es la corriente de retorno?

A25: A medida que se ejecutan señales digitales de alta velocidad, las señales fluyen desde los controladores al portador a lo largo de la línea de transmisión de la PCB y luego regresan al terminal del controlador por la ruta más corta a través de tierra o alimentación. Las señales de retorno en tierra o alimentación se denominan corriente de retorno.

P26: ¿Cuántos tipos de terminales hay?

A26: La terminación, también llamada adaptación, suele clasificarse en adaptación en la fuente y adaptación en la carga. La primera se refiere a la adaptación con resistencia en serie, mientras que la segunda se refiere a la adaptación en paralelo. Existen muchos métodos disponibles, incluidos resistencia de pull‑up, resistencia de pull‑down, adaptación de Davenan, adaptación en CA, adaptación con diodo Schottky, etc.

P27: ¿Qué elementos pueden determinar los tipos de coincidencia?

A27: El tipo de adaptación suele determinarse por las características del BUFFER, la topología, las clasificaciones de nivel y el tipo de juicio. Además, también deben considerarse el ciclo de trabajo de la señal y el consumo de energía del sistema.

P28: ¿Qué inspección debe realizarse en la PCB antes de que sea liberada por la fábrica de fabricación?

A28: La mayoría de los fabricantes de PCB realizan pruebas de encendido y apagado en las PCB antes de que salgan de fábrica para asegurarse de que todos los circuitos estén correctamente conectados. Hasta ahora, algunos fabricantes avanzados llevan a cabo inspecciones por rayos X para detectar algunos obstáculos en el grabado o la laminación. Cuando se trata de productos que pasan por el ensamblaje SMT, normalmente se aplica ICT, lo que requiere la configuración de puntos de prueba ICT durante la fase de diseño de la PCB. Tan pronto como ocurren problemas, un tipo especial deInspección por rayos Xtambién se puede utilizar.

P29: Para un circuito compuesto por un par de placas PCB, ¿deberían compartir la misma tierra?

A29: Un circuito compuesto por un par de placas PCB normalmente debería compartir la misma tierra porque no es práctico aplicar un par de alimentaciones en un solo circuito. Por supuesto, si tus condiciones lo permiten, también se pueden usar diferentes alimentaciones. Al fin y al cabo, eso ayudará a reducir las interferencias.

P30: ¿Cómo debe considerarse la ESD en un sistema que contiene DSP y PLD?

A30: En lo que respecta a los sistemas ordinarios, primero deben considerarse las partes con contacto directo con las personas y deben aplicarse las protecciones adecuadas en el circuito y las estructuras. La magnitud de la influencia que la ESD ejerce sobre el sistema suele determinarse según las distintas situaciones. En entornos secos, la ESD empeora, especialmente en los sistemas más sensibles. Aunque en los sistemas de mayor tamaño el efecto de la ESD sea menos evidente, también se les debe prestar más atención.

P31: En el diseño de una PCB de 4 capas, ¿qué lado debe recibir el recubrimiento de cobre en ambas caras?

A31: Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos para el recubrimiento de cobre: apantallamiento, disipación térmica, refuerzo y requisitos de fabricación de la PCB. Por lo tanto, debe considerarse la razón principal. Por ejemplo, en términos de diseño de PCB de alta velocidad, el apantallamiento debe ser la principal consideración. La conexión a tierra de la superficie es beneficiosa para la EMC y el recubrimiento de cobre debe realizarse completamente en caso de islas aisladas. En general, si los componentes en la superficie requieren demasiado ruteo, será difícil mantener la lámina de cobre completa. Por lo tanto, se sugiere no aplicar recubrimiento de cobre a las placas con muchos componentes en la superficie o con demasiado ruteo.

P32: En el proceso de ruteo del reloj, ¿es necesario añadir blindaje de tierra en ambos lados?

A32: Depende de la diafonía o EMI de la placa. Si las líneas de tierra de blindaje no se procesan correctamente, por el contrario, producirán efectos negativos.

P33: ¿Cuál es la estrategia de encaminamiento del reloj para señales a diferentes frecuencias?

A33: En cuanto al ruteo de las líneas de reloj, primero se debe realizar un análisis de integridad de señal y definir los principios de ruteo. Luego se debe implementar el ruteo basándose en dichos principios.

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