CONTROL Y CÁLCULO DE IMPEDANCIA EN MICROSTRIPS DIFERENCIALES
La estabilidad y la confianza como núcleo de las funcionalidades de una herramienta CAD aseguran un proceso de diseño sólido.
El diseño de PCB actual requiere métodos con los que realizar cálculos de impedancia con características precisas y de control de la impedancia. Los circuitos digitales proporcionan el rendimiento deseado por los tiempos cortos de transición y las altas velocidades del reloj. Los dispositivos y equipos tienen mejores funcionalidades gracias a la transferencia secuencial y más rápida de señales. Las velocidades de cambio de la señal que están constantemente en aumento requieren que se revise el control de la impedancia de las líneas de transmisión/pistas de PCB.
ALTIUM DESIGNER
Los diseños de PCB requieren valores estrictos y tolerancias para las pistas. Consideremos varios ejemplos de factores que pueden causar problemas de impedancia. Los cambios repentinos en la dirección de las pistas pueden causar cambios en la impedancia, o bien la constante dieléctrica puede cambiar en el largo o en el ancho de una PCB. Los cambios en la frecuencia y en la temperatura también hacen que la constante dieléctrica cambie. Cada variación afecta a las características de la impedancia de un circuito de radiofrecuencia.
La coincidencia de las impedancias en el circuito se aprecia en la relación deseada baja de la onda estacionaria (ROE) de voltaje. Los circuitos con una baja ROE transfieren la máxima cantidad de energía de la fuente a la carga. Si logra una impedancia característica de 50 Ω en el diseño de su circuito, la energía de la señal de radiofrecuencia se transfiere eficientemente de la fuente a la carga. Se producen pocas reflexiones de señales. Puede modificar la impedancia trabajando con el grosor y la anchura de los conductores de pistas, el grosor del sustrato dieléctrico y la constante dieléctrica de la impedancia de impacto en el sustrato.
Control de impedancia en microstrips diferenciales
La necesidad de precisión en el control de la impedancia se amplifica al enrutar diseños de alta velocidad que cuentan con pares diferenciales. Las señales diferenciales transmiten una señal a un par de portadores estrechamente acoplados. Una línea transporta la señal, mientras que la otra línea transporta una imagen igual y opuesta de la señal. Desde la perspectiva del diseño, las señales diferenciales minimizan las interferencias electromagnéticas generadas desde el par de la señal y permanecen inmunes al ruido eléctrico de modo común.
El enrutado de pares diferenciales establece un sistema de transmisión equilibrado que transporta las señales diferenciales iguales y opuestas en la PCB. En vez de requerir una impedancia diferencial específica, el enrutado de PCB para señales diferenciales tiene el objetivo de asegurar que la señal llegue intacta a su objetivo. Los factores que afectan el cálculo de la impedancia diferencial incluyen:
- Terminación apropiada de cada una de las líneas de señales a su impedancia característica en el receptor.
- El uso de líneas de la misma longitud dentro de las tolerancias de la frecuencia del circuito y la familia lógica de diseño de la PCB.
- Un énfasis en el tiempo.
- Satisfacer el presupuesto sesgado proporcionado por el diseño.
- Mantener impedancias de la señal cuando se producen cambios en las capas.
Mucha de esta necesidad para controlar la impedancia de los pares diferenciales se debe al impacto dramático que frecuencias superiores tienen en la impedancia. Con el enrutamiento de la impedancia controlada, los pines de entrada del objetivo reciben la señal correcta de los pines de salida. Los diseños de PCB que requieren las geometrías exactas necesarias para coincidir con la impedancia confían en calculadoras de la impedancia con las dimensiones necesarias para controlar la impedancia en una PCB de microondas de alta frecuencia/de radiofrecuencia o una PCB digital de alta velocidad.
ALTIUM DESIGNER PROPORCIONA EL CONJUNTO APROPIADO DE HERRAMIENTAS PARA CONTROLAR LA IMPEDANCIA
Para asistir a los equipos de diseño en el control de la impedancia de pares diferenciales, Altium Designer proporciona un conjunto de herramientas que incluyen sintonización interactiva de la longitud (Interactive Length Tuning), sintonización interactiva de la longitud de pares diferenciales (Interactive Differential Pair Length Tuning), reglas de diseño de alta velocidad, la funcionalidad de refinamiento (Gloss) y una calculadora avanzada de la impedancia (Advanced Impedance Calculator) en su Enhanced Layer Stack Manager. ¿Por qué utilizar un paquete de herramientas? Los cálculos unificados de planificación de apilamiento y de la impedancia superan las prestaciones de calculadoras solo de la impedancia por poder comprobar la integridad de la señal, descubrir las vulnerabilidades del circuito, asegurar que las impedancias de enrutado de pistas son correctas y ayudar a colocar más circuitos en la PCB.
- Aprenda cómo determinar la impedancia en pistas de microstrips
- Aprenda cómo calcular la impedancia en el diseño de PCB
- Obtenga más información acerca de la gestión de la impedancia en el apilado de PCB
Utilizar herramientas de análisis para asistencia con la integridad de la señal
Además, las herramientas de análisis en Enhanced Layer Stack Manager ayudan a evitar problemas potenciales de integridad de la señal. Estas herramientas detectan redes que tienen problemas potenciales de zumbidos y reflexiones. La función que asegura que las impedancias de enrutado de pistas son correctas para los circuitos que tienen tiempos de subida rápidos protege frente a la reflexión. Dependiendo de si el circuito contiene una capa de planos en un lado o capas de planos en ambos lados, Altium Designer utiliza una fórmula de impedancia característica de microstrips o una fórmula de impedancia característica de striplines para pares diferenciales. Ambas muestran cómo el cobre, el grosor dieléctrico, la anchura de enrutado y la constante dieléctrica afectan a la impedancia.
Las opciones del editor de reglas y restricciones para PCB de Altium incluye la regla de longitud coincidente (Matched Length) y la regla de longitud (Length) en la categoría de alta velocidad (High Speed). La regla de longitud coincidente (Matched Length) se aplica a la asimetría o señales que llegan a la vez especificando que las redes objetivo deben enrutarse a la misma longitud con un margen de tolerancia establecido. Cada regla de longitud coincidente (Matched Length) usa la ruta más larga en el conjunto de redes objetivo como longitud de referencia. La regla de longitud (Length) se aplica al retraso de la señal y establece la longitud enrutada total de la red. La herramienta de ajuste de la longitud trabaja con ambas reglas de diseño y utiliza las reglas que definen las restricciones más exigentes para el par diferencial.
REALIZAR CÁLCULOS AUTOMÁTICAMENTE CON LA CALCULADORA AVANZADA DE LA IMPEDANCIA DE ALTIUM
Altium Designer tiene funciones automáticas que aceleran y simplifican los cálculos de los pares diferenciales. El entorno de diseño unificado proporcionado por Altium Designer elimina la necesidad de trabajar de forma externa con el diseño, cargar una calculadora de la impedancia de terceros, realizar los cálculos e introducirlos de forma manual en el diseño. En cambio, el equipo de diseño utiliza Enhanced Layer Stack Manager para configurar la pila de capas de PCB e introducir la constante dieléctrica, las anchuras de cobre y las anchuras dieléctricas. La calculadora integrada de Altium Designer automáticamente recoge esta información del apilado de capas de la placa, calcula los valores de la impedancia correctos y luego plasma los resultados en las reglas de diseño.
Los cálculos de la impedancia siempre se refieren a la configuración de las capas en el diseño de PCB y se utilizan en fórmulas de striplines y microstrips estándares de la industria como predeterminadas. Después de que la calculadora de la impedancia realice los cálculos, tendrá que configurar las reglas de diseño para aceptar los valores automáticos. La calculadora de la impedancia incluye la funcionalidad de ir más allá de las fórmulas predeterminadas y utilizar el editor de fórmulas de la impedancia para cambiar los cálculos.
- Aprenda cómo utilizar una calculadora de pares diferencias con sus diseños
- Aprenda sobre la distinción entre la resistencia de las pistas y la impedancia de pistas
- Aprenda sobre la impedancia de striplines asimétricas
Reunir todas las necesidades de simulación e integridad en el cálculo de impendancia
Optimizar longitudes de pares diferenciales con el ajuste interactivo de la longitud
Altium Designer utiliza algoritmos de software que proporcionan control intuitivo a los usuarios fomentando el ajuste interactivo de la longitud. El control intuitivo a los usuarios le permite añadir segmentos de ajuste de la longitud pasando el cursor por la ruta de enrutado. Altium Designer confía en un algoritmo de ajuste de la longitud para calcular automáticamente las dimensiones y posiciones de las pistas y arcos utilizados para construir segmentos de ajuste. Puede basar las propiedades utilizadas en el ajuste de la longitud en reglas de diseño, propiedades de la red o valores especificados.
Altium Designer le permite sintonizar la longitud de un par diferencial en función de la longitud de otros pares diferenciales con el comando de ajuste interactivo de la longitud de pares diferenciales (Interactive Differential Pair Length Tuning). Altium le recomienda:
- Enrutar los pares.
- Usar el ajuste interactivo de la longitud de pares diferenciales entre los pares.
- Utilizar el comando de ajuste interactivo de la longitud (Interactive Length Tuning) para ajustar la longitud de la red más corta de cada par.
Cuando utilice el comando, necesitará utilizar la regla de diseño de la longitud (Length) o de longitud coincidente (Matched Length), o bien una muestra de palabras clave de consulta de pares diferenciales. Ajustar la longitud de los pares diferenciales requiere una regla de longitud coincidente que defina los requisitos de coincidencia par a par y otra regla de longitud coincidente de prioridad superior que establece los requisitos coincidentes de longitud dentro de pares.
MEJORE EL ENRUTADO EXISTENTE CON LAS FUNCIONES DE REFINAMIENTO Y RETRAZADO
El editor de PCB de Altium ofrece herramientas de refinamiento (Gloss) y retrazado (Retrace) que los equipos de diseño puedan utilizar para mejorar la calidad del enrutado existente. En términos de pares diferenciales, el comando de refinamiento (Gloss) mantiene el espacio de los pares diferenciales y la anchura del trazo. Para mejorar la geometría de la pista, la opción de refinamiento (Gloss) reduce el número de esquinas y acorta la longitud de la ruta.
El comando retrazar (Retrace) permite a los diseñadores verificar que el enrutado cumple con las reglas de diseño. En contraste a la herramienta de refinamiento (Gloss), la de retrazar (Retrace) no cambia la geometría de la pista. Mientras que la de refinamiento mantiene el espacio del par y la anchura de la pista, al retrazar se cambia a los ajustes preferidos (Preferred). Los equipos de diseño utilizan la herramienta Retrace (retrazar) cuando un cambio de una regla de diseño ha de aplicarse al enrutado existente.
- Aprenda cómo definir nuevas pilas de capas en Altium Designer
- Aprenda cómo doblar líneas en Altium Designer
- Aprenda sobre el enfoque y prioridades en el diseño gestionado por reglas en la composición inteligente de PCB con Altium Designer
Encuentre soluciones con el cálculo de impedancia para el diseño con el software de diseño apropiado
Su equipo de diseño puede fácilmente definir pares diferenciales en los esquemáticos con Altium Designer. Desde aquí puede mover las definiciones de pares diferenciales a la PCB con la sincronización de diseños, la transferencia de pares diferenciales al editor de PCB y después visualizar y gestionar los pares diferenciales en la PCB. Al trabajar en un entorno unificado, el software puede crear cualquier esquemático, proporcionar funcionalidades de enrutado de pistas, alinear requisitos ECAD y MCAD con diseño 3D y producir la documentación de dibujo final.
