Considerazioni su l'Impilaggio del Circuito per Design di Basetta ad Alta Velocità

3D rendered x-ray image of motherboard

Ho progettato basette per tanto tempo; in ogni caso quando ho iniziato la mia carriera, le basette che progettavo erano abbastanza semplici. Molte di queste erano progetti a bassa velocità con veramente poche restrizioni su di loro. Fra basette di prova ed i pannelli di controllo, non posso dirti quante basette semplici da 2 e 4 strati ho progettato nella mia carriera. Detto ciò, col migliorare delle mie competenze, aumentò anche la complessità delle basette che progettavo. Il culmine per me è stato quando ho cominciato a lavorare su intensi progetti di basetta multistrato ad alta velocità.  

I design PCB ad alta velocità hanno requisiti di integrità di segnale più rigidi e la costruzione della tua basetta per soddisfarli diventa parte dell’equazione generale dell’integrità di segnale. Non soltanto è importante la selezione dei materiali del circuito stampato, dissipazione ed altre caratteristiche del segnale per l’impedenza, ma l’ordine ed il numero di strati di quei materiali giocano un ruolo altrettanto cruciale. 

 

Hand drawing on chalkboard

Pianifica i tuoi progetti e l’instradamento. 

Requisiti di impilaggio per routing ad alta velocità 

I segnali ad alta velocità sono spesso instradati utilizzando sia microstrip che metodologie stripline. Questi metodi sono progettati così che un segnale ad alta velocità che corre attraverso una traccia instradata avrà l’adeguata struttura fisica per il suo percorso di ritorno. I requisiti della struttura fisica di questi metodi di instradamento avranno un forte impatto sulle tue decisioni di impilaggio della scheda. 

La Microstrip è la metodologia più semplice delle due. Ha una linea di trasmissione, che è una traccia instradata su uno strato esterno della basetta, che è separata dal suo piano di terra di riferimento da uno strato di materiale dielettrico. In alternativa, la stripline ha un piano di terra di riferimento sia sopra che sotto la linea di trasmissione.  La linea di trasmissione è una traccia instradata su uno strato di segnale interno che è integrato nel materiale dielettrico bilanciato fra i due piani. 

Quando pianifichi l’impilaggio della tua basetta per un progetto ad alta velocità, avrai bisogno di prendere in considerazione questi metodi di instradamento. Quando si instradano le microstrip, il tuo impilaggio dovrà includere un piano di messa a terra vicino agli strati di instradamento esterni della basetta ad alta frequenza. Quando si instradano stripline la tua basetta dovrà includere piani di massa su entrambi i lati di uno strato di segnale interno dove è stato applicato un instradamento ad alta velocità. Ci sono anche altri tipi di stripline da considerare di cui potresti aver comunque bisogno. Per esempio, la dual stripline richiede che tu circondi due strati di segnale interni adiacenti con piani di massa.  

 

PCB picture with power and ground

Alimentazione e Massa su un PCB  

Requisiti di Impilaggio per piani di alimentazione e di massa

Come detto in precedenza, un instradamento ad alta velocità efficiente utilizzando metodologie di routing microstrip o stripline richiede almeno un piano di massa completo. Consiglio anche di incorporare un piano di alimentazione completo all’interno del progetto. 

In alternativa, quando lavori su tensioni regolate in maniera differente, dando ad ogni voltaggio il proprio strato e piano di massa potrebbe risultare in troppi strati nell’impilaggio della scheda. Ciò può risultare incredibilmente costoso ed inoltre difficile da costruire. 

Un’alternativa è dividere i piani di massa e di alimentazione per portare voltaggi differenti. Questa è una pratica nei progetti a segnale misto dove un singolo strato potrebbe avere differenti suddivisioni. Quando si pratica ciò in un design ad alta velocità, bisogna prestare molta attenzione. Tutto questo è perché una linea di trasmissione ad alta velocità instradata su un piano suddiviso devierà il percorso di ritorno per quel segnale. E quando un ritorno è deviato, può causare rumore e crosstalk nel PCB. Questo accade poichè il percorso di ritorno del segnale deve girare all’esterno del suo percorso previsto anziché scorrere lungo la traccia instradata vicina. Pertanto, assicurati di costruire i tuoi impilaggi in modo tale che la circuiteria ad alta velocità non sia forzata a attraversare le suddivisioni del piano o piani di massa senza riferimento. 

Non c’è alcuna regola ferrea su quanti strati costituiscono il miglior impilaggio per progetti ad alta velocità. Tale decisione sarà basata su costo, materiali e necessità di progetto. Ci sono comunque alcune considerazioni fondamentali per la configurazione dell’impilaggio che sono state fornite qui e potrebbero esserti utili. 

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