Avete mai notato che quando si introducono alcuni progetti o tecniche PCB possiamo spesso vedere una frase come "può essere utilizzato in applicazioni ad alta velocità"? Ma quanto ne sapete sulla progettazione di PCB ad alta velocità?
La progettazione di PCB ad alta velocità è specificamente realizzata per soddisfare i circuiti, digitali o analogici, che operano a frequenze tipicamente superiori a 50 MHz. Settori cruciali come le reti 5G, i dispositivi IoT e il calcolo ad alte prestazioni dipendono fortemente dalla progettazione ad alta velocità per garantire uno scambio di dati rapido ed efficiente.
Considerazioni sulla progettazione ad alta velocità
Integrità del segnale
L'integrità del segnale si riferisce alla capacità del segnale di attraversare il percorso dal trasmettitore al ricevitore designato. Questa integrità è fondamentale, in particolare nella progettazione ad alta velocità, dove i segnali sono più suscettibili alla distorsione e alla corruzione. Nonostante l'obiettivo ideale di una trasmissione senza interruzioni, vari fattori possono influenzare l'integrità del segnale, tra cui la perdita di segnale, le riflessioni, la diafonia e il rumore indesiderato. Nella progettazione ad alta velocità, vengono implementate considerazioni strategiche per rafforzare l'integrità del segnale. Un robusto piano di messa a terra e di alimentazione e tracce di impedenza controllata lavorano per ridurre al minimo il rumore e le interruzioni. Inoltre, l'inserimento di tracce più ampie, rame più spesso e componenti attivi, svolge un ruolo chiave nel mitigare la perdita di segnale, contribuendo a ottimizzare l'integrità del segnale.
Substrato PCB
I circuiti ad alta velocità, spesso caratterizzati da segnali con tempi di salita rapidi e alte frequenze, richiedono substrati in grado di fornire prestazioni elettriche e termiche ottimali. Un aspetto critico della progettazione ad alta velocità è la selezione di substrati PCB con bassa costante dielettrica (Dk). La costante dielettrica influisce sulla velocità con cui i segnali si propagano attraverso il materiale. Valori elevati di Dk comportano una propagazione del segnale più lenta, che può portare a un ritardo del segnale e ad un aumento dell'attenuazione. Il substrato FR-4 standard ha una costante dielettrica e un fattore di dissipazione più elevati rispetto ad altri materiali del substrato, ma significa anche che rallenterà maggiormente i segnali e li attenuerà di più. Sebbene tecniche come uno stack-up a impedenza controllata possano mitigare le limitazioni in una certa misura, si consiglia generalmente di utilizzare alcuni substrati a basso Dk come Rogers 4350B e Rogers 4003C.
Posizionamento di circuiti integrati di grandi dimensioni
Nella progettazione ad alta velocità, l'uso di circuiti integrati di grandi dimensioni, come microprocessori, FPGA e interfacce ad alta velocità, è essenziale per le capacità avanzate di elaborazione e gestione del segnale. Il corretto posizionamento di questi circuiti integrati di grandi dimensioni è fondamentale per ottimizzare le prestazioni del sistema.
Innanzitutto, i circuiti integrati di grandi dimensioni sono spesso fondamentali per la funzionalità di un PCB. Posizionarli vicino ai connettori pertinenti può ridurre la lunghezza della traccia del segnale e migliorare l'integrità del segnale. In secondo luogo, è necessario accorciare le interconnessioni tra i pin dei componenti del circuito ad alta velocità. Questo, perché interconnessioni più lunghe introducono induttanza e capacità più distribuite, che possono portare a problemi di riflessione del segnale, oscillazione e altri problemi di integrità del segnale. Ciò può essere ottenuto riducendo le distanze tra i pin dei diversi componenti e instradando le interconnessioni tra i componenti utilizzando i percorsi più brevi.
Stack-up
Lo stack-up PCB è un altro aspetto importante della progettazione ad alta velocità. Ecco alcuni suggerimenti aggiuntivi per la progettazione di uno stack-up PCB ad alta velocità:
Utilizzare un piano di riferimento: un piano di riferimento è uno strato continuo di rame che fornisce un potenziale di terra stabile per segnali ad alta velocità. È importante migliorare l'integrità del segnale, l'impedenza e la riduzione delle EMI. In genere, può utilizzare un piano di massa o un piano di potenza come piano di riferimento. Ad esempio, uno stack-up a cinque livelli potrebbe essere Signal-Power Plane-Ground Plane- Signal- Signal.
Utilizzare le tracce di microstrip e stripline: le tracce di microstrip e stripline sono efficaci per controllare l'impedenza e ridurre al minimo le EMI. La microstriscia si trova sugli strati esterni con un piano di riferimento sotto di essa, mentre la stripline ha piani di riferimento su entrambi i lati.
Link all'articolo originale: PCB High-Speed Design Basics
