Puntos clave
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Revisión de las estructuras de enrutamiento stripline
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Los cuatro pasos básicos en el enrutamiento de líneas de transmisión stripline
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Cómo el diseño de PCB. Las herramientas CAD pueden ayudar con el enrutamiento de las líneas de transmisión
La tecnología de las placas de circuito impreso sigue creciendo y expandiéndose
A medida que la tecnología de los procesadores utilizados en las placas de circuito impreso sigue evolucionando, también lo hace la necesidad de conducir sus circuitos a velocidades cada vez mayores. A medida que se introduce cada nueva iteración de procesadores, las velocidades de conmutación de las señales se hacen más rápidas, lo que a su vez exige un mayor cuidado en la forma de enrutar esas señales en la placa de circuito impreso. Con las velocidades de reloj más altas y los tiempos de transición más cortos de estos circuitos, muchas conexiones que solían ser enrutadas sin preocupación ahora necesitan ser tratadas como líneas de transmisión de alta velocidad.
Para conducir adecuadamente estas líneas de transmisión con su conmutación de alta velocidad, el enrutamiento de trazas en el PCB necesita tener su impedancia cuidadosamente controlada. Esto requiere que la estructura de las líneas de transmisión a través de la placa sea muy consistente para evitar que cualquier parte de la señal se refleje. Estas reflexiones de la señal pueden causar ruido en la línea y, en última instancia, degradar el rendimiento del circuito. Para evitar este tipo de problemas es necesario establecer el apilamiento de las capas de la placa y las reglas de enrutamiento para el enrutamiento de las líneas de transmisión stripline en la placa de circuito impreso, que exploraremos aquí con más detalle.
Stripline in Review
El enrutamiento stripline es la configuración de las capas de la placa de circuito impreso que permite intercalar una capa de enrutamiento de trazas internas entre dos capas de plano de tierra. Controlando cuidadosamente el grosor y la constante dieléctrica (Dk) del material aislante entre las capas de enrutamiento y de plano, se pueden crear trazas con una anchura y un peso de cobre específicos que funcionarán con una impedancia específica. Esto se conoce como enrutamiento de impedancia controlada, y a menudo se requiere cuando se enrutan las líneas de transmisión en un PCB con el fin de eliminar cualquier reflexión de la señal.
Otra configuración de enrutamiento de la línea de transmisión se conoce como microstrip, que es similar al enrutamiento de la línea de banda, excepto que el microstrip se enruta en una capa exterior de la placa. Con esta configuración, sólo hay un plano de referencia y un dieléctrico aislante debajo de la capa de enrutamiento superficial. Sin la misma cantidad de apantallamiento por encima y por debajo del enrutamiento que tiene la línea recta, el microstrip no ofrece el mismo nivel de aislamiento. Además, la exposición de las trazas en lugar de estar intercaladas entre planos cambia el cálculo de la impedancia debido al valor Dk del aire. Esta es la razón por la que el enrutamiento de microstrip es típicamente más amplio que el de stripline.
Debido a que el enrutamiento de stripline está bien aislado entre las capas dieléctricas y planas, sin embargo, las líneas de transmisión no irradian tanta energía como con microstrip. Esto permite realizar trazados más pequeños y ajustados. Además, la configuración de la línea de contacto ofrece más protección contra las señales agresoras entrantes que pueden crear interferencias. A continuación, veremos los cuatro pasos básicos del enrutamiento de la línea de transmisión stripline.
Enrutamiento de la PCB por debajo de los componentes
Enrutamiento de las líneas de transmisión stripline
Hay cuatro pasos básicos a tener en cuenta para enrutar con éxito las líneas de transmisión stripline:
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Apilamiento de capas: El uso de una configuración stripline para el enrutamiento de líneas de transmisión comienza con la creación del apilamiento de capas de la placa. No sólo habrá que especificar una capa de enrutamiento dedicada entre dos planos de tierra, sino que también habrá que planificar los materiales dieléctricos y sus anchos. Esto es importante para el siguiente paso.
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Cálculos de impedancia: El equipo de diseño de PCB necesitará la información de apilamiento de las capas de la placa para calcular correctamente los anchos de enrutamiento de las líneas de impedancia controlada. Introduciendo los materiales de la placa que se utilizarán junto con sus anchos, la calculadora podrá determinar el ancho de trazado correcto para los valores de impedancia objetivo.
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Rutado: Las líneas de transmisión deben estar aisladas de otros tipos de enrutamiento de señales, así que asegúrese de configurar sus reglas de diseño para dar un espacio adecuado a esas líneas. Otras señales pueden utilizar la misma capa, sólo tienen que permanecer fuera del camino de las líneas de transmisión de alta velocidad con el fin de preservar la integridad de la señal de esas líneas.
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Planos de tierra: Al trazar sus líneas de transmisión, asegúrese de no pasar por encima de las interrupciones en el plano de tierra. Las líneas de transmisión requieren una capa de plano ininterrumpida para una ruta de retorno de la señal limpia y directa. Cualquier interrupción en las capas del plano debido a planos divididos, recortes, o incluso una masa de vias, hará que la señal de retorno se desplace alrededor del plano creando ruido a medida que avanza.
En este punto, usted está listo para comenzar a enrutar sus líneas de transmisión stripline. Dependiendo de la necesidad, hay diferentes tipos de configuraciones de enrutamiento stripline que puede utilizar también. En algunos casos, puede necesitar que el enrutamiento se desplace entre los planos de referencia, o que se acople con otra señal. Puedes ver algunos ejemplos en la siguiente ilustración.
Algunos ejemplos de estructuras de enrutamiento stripline
Lo que necesitas en tus herramientas de diseño para el enrutamiento stripline
La siguiente pregunta es, ¿cómo pueden tus herramientas de diseño de PCB ayudarte con el enrutamiento de líneas de transmisión stripline? Hay muchas capacidades de las herramientas de diseño de PCB que serían muy útiles, empezando por la capacidad de trabajar directamente con su fabricante para importar la información de apilamiento de las capas de la placa. Utilizando el formato de datos IPC 2581, su fabricante podría enviarle su apilamiento de capas preferido, con materiales, anchos y configuraciones de capas. A continuación, podría utilizar los mismos protocolos para enviar los archivos de la placa terminada para su fabricación y montaje. Las calculadoras de impedancia integradas en las herramientas de diseño también serían útiles, al igual que las reglas de diseño y las funciones avanzadas de edición para el enrutamiento y la creación de planos de tierra.
Afortunadamente, este nivel de sofisticación de las herramientas de diseño no es algo que tenga que esperar, ya está disponible en el mercado actual. Un ejemplo de un sistema de diseño de PCB que tiene todas las características y capacidades que hemos estado hablando aquí es de Cadence. OrCAD PCB Designer tiene las herramientas y la funcionalidad necesarias para llevar su diseño desde el concepto hasta los archivos finales de fabricación, así como para ayudarle con el enrutamiento de la línea de transmisión stripline. Con OrCAD, tendrá acceso a las bibliotecas, a la captura de esquemas y a las herramientas SPICE, así como a todas las funciones de diseño de PCB que necesitará para tener éxito.
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Acerca del autor
Cadence PCB solutions es una completa herramienta de diseño de principio a fin que permite crear productos de forma rápida y eficiente. Cadence permite a los usuarios acortar con precisión los ciclos de diseño para entregar a la fabricación a través de la moderna, IPC-2581 estándar de la industria.
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