LAVORA SU PROGETTI COMPLESSI CON GLI STRUMENTI PER IL CALCOLO IMPEDENZA A MICROSTRISCE NEGLI STRUMENTI CAD
Stabilità e sicurezza sono le funzioni principali di uno strumento CAD per garantire una progettazione efficace.
La moderna progettazione di PCB richiede metodi per ottenere calcoli precisi di impedenza caratteristica e controllo di impedenza. I circuiti digitali offrono le prestazioni desiderate grazie ai brevi tempi di transizione e alle elevate velocità di clock. I dispositivi e le apparecchiature hanno capacità migliori grazie al trasferimento sequenziale più veloce dei segnali. L'aumento costante della velocità di commutazione dei segnali richiede la revisione del controllo di impedenza delle linee di trasmissione/tracce PCB.
ALTIUM DESIGNER
I progetti di PCB richiedono valori e tolleranze rigorosi per le tracce. Consideriamo alcuni esempi di fattori che possono causare problemi di impedenza elettrica. Improvvisi cambiamenti nella direzione della traccia possono causare variazioni di impedenza o di costante dielettrica sulla lunghezza o larghezza del PCB. Anche le variazioni di frequenza e di temperatura causano una variazione della costante dielettrica. Ogni variazione influenza l'impedenza caratteristica di un circuito RF.
La corrispondenza delle impedenze in tutto il circuito produce il rapporto d'onda stazionaria a bassa tensione (VSWR) desiderato. I circuiti con un basso VSWR trasferiscono la massima quantità di potenza dalla sorgente al carico. Se si raggiunge un'impedenza caratteristica di 50-Ω nel progetto del circuito, la potenza del segnale RF si trasferisce in modo efficiente dalla sorgente al carico. Si verificano poche riflessioni del segnale. Si può influenzare l'impedenza lavorando con lo spessore e la larghezza dei conduttori di traccia, lo spessore del substrato dielettrico e la costante dielettrica di impedenza di impatto del substrato.
Coppie differenziali richiedono un’impedenza controllata
La necessità di precisione nel controllo di impedenza elettrica viene amplificata quando si instradano progetti ad alta velocità con coppie differenziali. La segnalazione differenziale trasmette un segnale lungo una coppia di portanti strettamente accoppiate. Una linea porta il segnale mentre l'altra un'immagine uguale e opposta del segnale. Dal punto di vista del progetto, la segnalazione differenziale riduce al minimo le interferenze elettromagnetiche generate dalla coppia di segnali e rimane immune ai disturbi elettrici di modo comune.
L'instradamento della coppia differenziale stabilisce un sistema di trasmissione bilanciato che trasporta i segnali differenziali uguali e opposti attraverso il PCB. Piuttosto che richiedere una specifica impedenza differenziale, l’instradamento del PCB per i segnali differenziali ha lo scopo di assicurare che il segnale intatto arrivi al bersaglio. I fattori che influenzano il calcolo di impedenza differenziale includono:
- Terminazione corretta di ciascuna delle linee di segnale nella sua impedenza caratteristica al ricevitore
- L'uso di linee di uguale lunghezza entro le tolleranze della frequenza del circuito e della famiglia logica del progetto PCB
- Enfasi sulla tempistica
- Soddisfare il budget asimmetrico dato dal progetto
- Mantenere le impedenze di segnale quando si verificano cambiamenti di strato.
Gran parte della necessità di controllare le impedenze per gli accoppiamenti differenziali deriva dal grande effetto che le frequenze più alte possono avere sull'impedenza. Con l'instradamento controllato di impedenza, i pin di ingresso del target ricevono il segnale corretto da quelli di uscita. I progetti di PCB che richiedono geometrie esatte per la corrispondenza di impedenza si basano su un calcolatore di impedenza elettrica che fornisce le dimensioni necessarie per controllare l'impedenza su un PCB ad alta frequenza RF/microonde o su un PCB digitale ad alta velocità.
ALTIUM DESIGNER FORNISCE GLI STRUMENTI ADATTI PER IL CONTROLLO DELL’IMPEDENZA ELETTRICA
Per assistere i team di progettazione nel controllo di impedenza delle coppie differenziali, Altium Designer fornisce un pacchetto completo di strumenti che include: la regolazione interattiva della lunghezza, la regolazione interattiva della lunghezza delle coppie differenziali, le regole di progettazione ad alta velocità, la funzione Gloss e un calcolatore avanzato di impedenza su Enhanced Layer Stack Manager. Perché utilizzarli? La progettazione unificata dello strato e il calcolo dell'impedenza superano le capacità dei singoli calcolatori di impedenza controllando l'integrità del segnale, rilevando le debolezze del circuito, assicurando le corrette impedenze per le tracce di instradamento e fornendo la possibilità di posizionare circuiti aggiuntivi sul PCB.
- Scopri come determinare l'impedenza sulle tracce a microstrisce
- Scopri come calcolare l'impedenza nel layout di PCB
- Scopri come gestire l'impedenza attraverso la struttura dello strato di PCB
Utilizzare strumenti di analisi per garantire l'integrità del segnale
Gli strumenti di analisi all'interno di Enhanced Layer Stack Manager aiutano ad evitare potenziali problemi di integrità del segnale. Questi strumenti rilevano le net con potenziali problemi di oscillazione e riflessione. La capacità di garantire la corretta impedenza di instradamento delle tracce per circuiti che hanno tempi di salita rapidi protegge dalla riflessione. A seconda che il circuito presenti uno strato piano su un lato o su entrambi i lati, Altium Designer utilizza una formula di impedenza caratteristica a microstrisce o a stripline per coppie differenziali. Entrambe mostrano come il rame, lo spessore del dielettrico, la larghezza di instradamento e la costante dielettrica influenzano l'impedenza.
L’editor delle regole e dei vincoli del PCB di Altium presenta le regole Matched Length e Length all'interno della categoria High Speed. La regola Matched Length si applica allo skew o ai segnali che arrivano contemporaneamente, specificando che le net target devono instradarsi alla stessa lunghezza entro una tolleranza stabilita. Ogni regola di Matched Length utilizza come lunghezza di riferimento il percorso più lungo della net target impostata. La regola Lenght si applica ai ritardi del segnale e definisce la lunghezza generale del percorso della net. Lo strumento Length Tuning funziona con entrambe le regole di progetto e le utilizza per stabilire i limiti più stretti per la coppia differenziale.
ESEGUI I CALCOLI AUTOMATICAMENTE CON IL CALCOLATORE DI IMPEDENZA ELETTRICA AVANZATO DI ALTIUM
Altium Designer ha caratteristiche automatiche che velocizzano e semplificano il calcolo delle coppie differenziali. L'ambiente di progettazione unificato offerto da Altium Designer elimina la necessità di uscire dal progetto, caricare un calcolatore di impedenza elettrica di terze parti, eseguire i calcoli e reinserirli manualmente nel progetto. Il team di progettazione utilizza invece Enhanced Layer Stack Manager per configurare il cumulo di strati PCB e inserire la costante dielettrica, le larghezze del rame e la larghezza del dielettrico. Il calcolatore integrato di Altium Designer estrae automaticamente queste informazioni dal cumulo di strati della scheda, calcola i valori di impedenza corretti e quindi inserisce i risultati nelle regole di progettazione.
I calcoli dell'impedenza si riferiscono sempre alla configurazione degli strati nella progettazione del PCB e utilizzano come valori predefiniti le formule microstriscia e stripline standard del settore. Dopo che il calcolatore di impedenza esegue i calcoli, sarà necessario configurare le regole di progettazione per accettare i valori automatici. Il calcolatore di impedenza ha la capacità di andare oltre le formule predefinite e di usare l'editor delle formule di impedenza per modificare i calcoli.
- Scopri come usare un calcolatore di impedenza per coppie differenziali nei tuoi progetti
- Scopri la differenza tra resistenza e impedenza della traccia
- Scopri di più sull’impedenza asimmetrica delle stripline
Realizza tutte le esigenze di simulazione e di integrità nel calcolo dell’impedenza elettrica
Ottimizza le lunghezze delle coppie differenziali con la sintonizzazione interattiva della lunghezza
Altium Designer utilizza algoritmi software per fornire il controllo intuitivo dell’utente che alimenta l'Interactive Length Tuning. Con il controllo intuitivo dell'utente, è possibile aggiungere segmenti di regolazione della lunghezza spostando il cursore sul percorso di routing. Altium Designer si basa su un algoritmo di regolazione della lunghezza per calcolare automaticamente le dimensioni e le posizioni delle tracce e degli archi utilizzati per la costruzione dei segmenti di regolazione. È possibile basare le proprietà utilizzate per la regolazione della lunghezza su regole di progettazione, proprietà della net o valori specificati.
Altium Designer permette di regolare la lunghezza di una coppia differenziale rispetto alla lunghezza di altre coppie differenziali con il comando Interactive Differential Pair Length Tuning. Altium ti consiglia di:
- Instradare le coppie
- Usare l’Interactive Differential Pair Length Tuning tra le coppie e
- Usare il comando Interactive Length Tuning per regolare la lunghezza della net più corta all'interno di ogni coppia.
Quando si utilizza il comando, è necessario usare la regola di progettazione Lenght o Matched Lenght, oppure una delle parole chiave della query Differential Pair. La sintonizzazione della lunghezza delle coppie differenziali richiede una regola matched length che definisce i requisiti di abbinamento coppia a coppia e un'altra regola matched length a priorità più alta che stabilisce i requisiti di abbinamento all'interno della coppia.
OTTIMIZZA IL ROUTING ESISTENTE CON LE FUNZIONI GLOSS E RETRACE
L’editor PCB di Altium offre gli strumenti Gloss e Retrace al fine di migliorare la qualità del routing esistente. In termini di coppie differenziali, il comando Gloss mantiene lo spazio tra le coppie differenziali e la larghezza della traccia. Per migliorare la geometria della traccia, la funzione Gloss riduce il numero di angoli e accorcia la lunghezza del percorso.
Il comando Retrace consente ai progettisti di verificare che il tracciato corrisponda alle regole di progettazione. A differenza della funzione Gloss, lo strumento Retrace non modifica la geometria della traccia. Mentre il primo mantiene lo spazio tra le coppie e la larghezza della traccia, il secondo modifica queste impostazioni in Preferred. I team di progettazione utilizzano lo strumento Retrace quando una modifica delle regole di progettazione deve essere applicata al routing esistente.
- Scopri come definire nuovi cumuli di strati con Altium Designer
- Scopri le linee di piegatura di Altium Designer
- Scopri le priorità della progettazione basata su regole nel layout PCB intelligente di Altium Designer
Trova le soluzioni ai problemi di impedenza elettrica in fase di progettazione con il giusto software
Il team di progettazione può definire facilmente le coppie differenziali sullo schematico con Altium Designer. Da lì, è possibile spostare le definizioni delle coppie differenziali sul PCB con la sincronizzazione del progetto, trasferire le coppie differenziali all'editor e poi visualizzarle e gestirle sul PCB. Lavorando all'interno dell'ambiente unificato, il software può creare qualsiasi schematico, fornire qualsiasi capacità di trace routing, stabilire il layout, aiutarti con le operazioni di calcolo impedenza, allineare i requisiti ECAD e MCAD con la progettazione 3D e produrre la documentazione finale del disegno.
