El diseño de placas de circuito impreso (PCB) es esencial para el trabajo de los ingenieros eléctricos y no es aparentemente fácil diseñar una PCB perfecta. Una PCB perfecta se deriva no solo de la racionalidad en la selección y distribución de los componentes, sino también de su alta conductividad de señal. En esta tesis se presentarán y explicarán los conocimientos sobre técnicas de enrutamiento en el diseño de circuitos de señal de alta velocidad en PCB, con el fin de brindar cierta ayuda para su trabajo de ingeniería.
Enrutamiento de PCB basado en placa multicapa
Al diseñar PCB, la mayoría de los ingenieros prefieren completar el enrutamiento de señales de alta velocidad utilizando placas multicapa. Además de su función como núcleo de la PCB, este tipo de placa multicapa también es capaz de disminuir la interferencia del circuito, lo cual es un método principal para los ingenieros que se enfrentan a este tipo de problema. Al diseñar el circuito de señal de alta velocidad en la PCB basándose en el uso de una placa multicapa, los ingenieros necesitan reducir el tamaño de la placa determinando de manera racional el número de capas, para aprovechar al máximo la capa intermedia para la configuración de blindaje a fin de lograr una toma de tierra cercana, todo lo cual puede disminuir eficazmente la inductancia parasitaria, acortar la longitud de transmisión de la señal, reducir la interferencia cruzada entre señales, etc. Todos estos métodos son muy beneficiosos para la fiabilidad del circuito de señal de alta velocidad.
Además de los métodos anteriores para aumentar la fiabilidad de la transmisión de señales en PCB con la ayuda de placas multicapa, algunos datos autorizados muestran que, cuando se utiliza el mismo material, el ruido generado por una placa de cuatro capas es 20 dB menor que el de una placa de dos capas. En cuanto a la flexión de las pistas, cuanto menos dobleces haya, mejor será. Es mejor utilizar la pista completa y, cuando se requiera un doblez, se puede usar una línea de 45 grados o una línea en arco, de modo que se reduzca la emisión hacia el exterior de la señal de alta velocidad y el acoplamiento mutuo, disminuyendo tanto la radiación como la reflexión.
Hacer que el pin de conexión entre componentes en circuitos de alta velocidad sea lo más corto posible
En el proceso de diseño y enrutamiento de circuitos de señales de alta velocidad en PCB, los ingenieros deben hacer que el pin de conexión entre los componentes en el circuito de alta velocidad sea lo más corto posible. Porque cuanto más larga sea la conexión, mayores serán tanto la inductancia distribuida como el capacitor distribuido, lo que provocará reflexión y oscilación en el circuito de alta velocidad.
Además del acortamiento del pin de conexión entre componentes en circuitos de alta velocidad, también debe reducirse, en el proceso de enrutamiento de la PCB, la alternancia de capas de los conductores entre los pines de los componentes en cada circuito de alta velocidad, lo que significa que los orificios pasantes en el proceso de conexión de componentes deben ser lo menos posibles. En general, un orificio pasante puede aportar alrededor de 0,5 pF de capacitancia distribuida, lo que evidentemente provocará un aumento del retardo del circuito. Mientras tanto, en el proceso decircuito de alta velocidadEn el enrutamiento, se debe tener plenamente en cuenta la interferencia cruzada inducida por el enrutamiento paralelo de corto alcance de las líneas de señal. Si no se puede evitar la distribución paralela, se puede colocar una gran área de tierra en la parte posterior de las líneas de señal paralelas para reducir la interferencia. En las dos capas adyacentes, la dirección de enrutamiento debe ser vertical.
Conexión a tierra alrededor de las líneas de señal especialmente importantes o de las partes locales
En el proceso de diseño de ruteo de PCB, se recomienda que los ingenieros utilicen un rodeado de tierra en las líneas de señal especialmente importantes o en partes locales. El ruteo se realiza hacia señales menos susceptibles a interferencias, como la señal de reloj y la señal analógica de alta velocidad, al mismo tiempo que se añade un cable de tierra de protección en los periféricos, dejando las líneas de señal que se desean proteger en el medio. Esto se debe a que ningún tipo de ruteo de señal puede formar lazos, ni tampoco el cable de tierra. Sin embargo, si llega a formarse un circuito de ruteo en lazo, se producirá una gran interferencia en el sistema. La ventaja de rutear con un cable de tierra rodeando las líneas de señal permite evitar de forma efectiva los lazos en el proceso de ruteo. Se recomienda colocar uno o varios condensadores de desacoplo de alta frecuencia cerca de cada bloque de circuito integrado. Cuando el cable de tierra analógica o el cable digital se conectan a la tierra común, debe utilizarse un enlace de choque de alta frecuencia. Algunas líneas de señal de alta velocidad requieren un tratamiento especial. Por ejemplo, la señal diferencial debe estar en la misma capa y lo más cercana posible a un ruteo paralelo. No se puede insertar ninguna señal entre las líneas de señal diferencial y cada una debe tener la misma longitud.
Además de los métodos mencionados anteriormente, al diseñar el enrutamiento de señales en PCB, los ingenieros deben intentar evitar ramificaciones de cableado de señales de alta velocidad o la formación de derivaciones (stubs). Dado que se puede generar una radiación electromagnética relativamente grande cuando los conductores de señales de alta frecuencia se disponen en la capa superficial, estos conductores de alta frecuencia deben colocarse entre las pistas de alimentación y de tierra, de modo que la radiación generada se reduzca significativamente gracias a la absorción electromagnética por parte de la alimentación y la capa inferior.
Por supuesto, en los proyectos prácticos, la teoría nunca va antes que la práctica. Me gustaría compartir parte de mi experiencia en cuanto al diseño de ruteo de PCB. Primero, si no eres el único diseñador de ruteo de una PCB, entonces reserva suficiente tiempo para revisar el diseño de los rutadores. Una pequeña precaución es mucho mejor que una gran remediación. Es una idea tonta esperar que los rutadores entiendan lo que piensas. Tus consejos e instrucciones son lo más importante en la etapa inicial del diseño de ruteo. Cuanta más información puedas proporcionar y cuanto más te involucres en el diseño, mejores PCBs obtendrás. Aquí hay un buen método: puedes fijar un punto de finalización tentativo para el ingeniero de diseño de PCB de modo que el procedimiento de ruteo se lleve a cabo estrictamente de acuerdo con tus pasos. Este método es como un bucle cerrado en el que el ruteo no se saldrá de la pista, de modo que la posibilidad de retrabajo pueda reducirse al mínimo.
A continuación, las instrucciones que deberías proporcionar a tus ingenieros de enrutamiento incluyen: la breve descripción de la función del circuito; el boceto de la PCB con etiquetas de los lugares de entrada y salida;Capa de PCBinformación como el grosor, el número de capas, la información detallada de cada capa de señal y plano de tierra; el tipo de señal que requiere cada capa; los requisitos en cuanto a la ubicación de los componentes importantes; los lugares específicos de los componentes de bypass; la importancia de las líneas impresas; la importancia de los circuitos que necesitan líneas impresas con control de impedancia; los circuitos que requieren la longitud de mapeo; el tamaño de los componentes; las líneas impresas, circuitos o componentes que requieren separación o proximidad; el tipo de componentes colocados en la parte superior o inferior.
Recursos útiles
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