Diseño de PCb de alta velocidad

¿Qué es un circuito impreso de alta velocidad?

Las placas de circuito impreso de alta velocidad (HPC) tienen requisitos de diseño específicos para la transmisión de señales de alta velocidad, aplicaciones de alta frecuencia y diseño de alta densidad. En comparación con las placas de circuito impreso tradicionales, las HPC requieren más consideraciones durante el proceso de diseño y fabricación, como la integridad de la señal, la compatibilidad electromagnética y la gestión térmica.

Usos y ventajas de las placas de circuito impreso de alta velocidad

Placas de circuito impreso de alta velocidad son placas de circuitos con elevados requisitos en cuanto a velocidad de señalización, frecuencia y volumen de transmisión de datos.Se utilizan ampliamente en comunicación, informática, aeroespacial y otros campos para satisfacer las necesidades de transmisión de señales a alta velocidad, aplicaciones de alta frecuencia y diseño de alta densidad.
Buenas características de alta frecuencia:El uso de materiales de alta frecuencia, como placas de alta frecuencia y materiales con constantes dieléctricas bajas, reduce eficazmente la atenuación y la distorsión de la señal.
Características de bajo ruido:Reduzca las interferencias de ruido mediante la tecnología de blindaje y la tecnología de conexión a tierra para garantizar la pureza y la estabilidad de la señal.
Características de alta densidad:La tecnología Microvia y la tecnología de placa multicapa se adoptan para realizar una mayor integración y densidad de circuitos.
Características de alto rendimiento:La tecnología de adaptación de la impedancia y la tecnología de análisis de la integridad de la señal se utilizan para reducir la reflexión de la señal, la diafonía y la atenuación, y mejorar la integridad y la estabilidad de la señal.

¿Por qué es importante contar con un proceso de diseño de PCB antes de las pruebas?

Las razones de la Diseño de PCB proceso previo al muestreo incluyen principalmente los siguientes aspectos:
Garantizar la viabilidad del programa de diseño: a través de la fase de diseño, se puede verificar la razonabilidad del diseño del esquema del circuito y de la disposición de la placa de circuito impreso, para garantizar la viabilidad del programa de diseño en aplicaciones prácticas. Si se encuentran y modifican problemas durante la fase de diseño, se pueden evitar problemas mayores durante la fase de muestreo, ahorrando así tiempo y costes.
Optimizar el cableado y la selección de componentes:En la fase de diseño, los diseñadores pueden optimizar el diseño del cableado para reducir las interferencias de la señal y los retrasos en la transmisión, y seleccionar los componentes adecuados para garantizar el rendimiento y la estabilidad de la placa. Un cableado y una selección de componentes adecuados no sólo mejoran el rendimiento de la placa, sino que también reducen la dificultad y el coste de fabricación.
Reducción de errores y omisiones:Los errores u omisiones de conexión eléctrica pueden minimizarse mediante una revisión y pruebas rigurosas durante la fase de diseño para garantizar la integridad y corrección del diseño.Esto ayuda a evitar modificaciones y repeticiones innecesarias durante el proceso de creación de prototipos.
Cumplimiento de las especificaciones de diseño:Durante el proceso de diseño, es necesario seguir las especificaciones de diseño pertinentes, como la anchura del cableado, el espaciado, el diámetro de la abertura, etcétera.Estas especificaciones no sólo afectan al rendimiento de la placa de circuito, sino que también están relacionadas con la dificultad y el coste de producción de la placa de circuito. Seguir las especificaciones puede garantizar la calidad y fiabilidad de la placa.
Preparar los archivos de producción:Una vez finalizado el diseño, hay que convertir los archivos de diseño al formato necesario para la producción, incluidos los archivos Gerber, las hojas de listas de materiales, los archivos de perforación, etc.Estos archivos se utilizan para la creación de prototipos y la producción.Estos archivos son la base para la creación de prototipos y la producción, lo que garantiza un proceso de producción sin problemas.

Guía de diseño de PCB de alta velocidad

El diseño de placas de circuito impreso (PCB) de alta velocidad se ha vuelto crítico.Ya se trate de un dispositivo 5G, un ordenador de alto rendimiento o un producto IoT, debe gestionar señales de alta frecuencia.Un mal diseño puede provocar distorsiones de la señal, interferencias electromagnéticas (EMI) e incluso fallos del sistema.

1. Diseño en capas
   El diseño de capas desempeña un papel muy importante en los circuitos de alta velocidad, como el firme de una autopista.
   Las placas de circuito impreso de alta velocidad, una estructura de capas razonable es esencial:
   Utilice al menos 4 capas (señal – tierra – alimentación – señal)
   Garantizar que las capas de señales críticas estén estrechamente acopladas a las capas planas adyacentes.
   Considerar el uso de una estructura de capas apiladas simétricas para reducir el alabeo.
   Localice las señales de alta frecuencia en las capas internas para minimizar la radiación.
   Recuerde: ¡un buen diseño de la pila de capas puede reducir los problemas de integridad de la señal en más de un 50%!
2. Control de la impedancia
   El desajuste de impedancias es el enemigo del diseño de placas de alta velocidad:
   Calculate and control microstrip and stripline impedance (typically 50Ω or 100Ω differential).
   Confirme los parámetros de la placa (por ejemplo, el valor Dk para FR4) con el fabricante de la placa de circuito impreso.
   Mantenga una anchura de alineación constante para evitar un adelgazamiento repentino
   La alineación de los pares diferenciales debe tener una longitud estrictamente igual (diferencia de longitud <5mil)
   Consejo: Utilice herramientas como SI9000 para calcular la impedancia, ¡no se limite a adivinar!
3. Integridad energética
   Los circuitos de alta velocidad requieren una potencia extremadamente alta:
   Utilice condensadores de desacoplamiento de baja ESR/ESL (el encapsulado 0402 es mejor que el 0603).
   Follow the “large capacitors near the power supply, small capacitors near the chip” principle
   Power plane division should be reasonable, to avoid the formation of “islands”.
   Considere el uso de herramientas de simulación de integridad de potencia (por ejemplo, HyperLynx PI).
   Error común: pensar que cuantos más condensadores mejor ¡Una disposición inadecuada es peor!
4. Técnicas de encaminamiento de señales
   La alineación de señales de alta velocidad tiene requisitos especiales:
   3W principle: line spacing ≥ 3 times the line width
   Avoid 90° corners (use 45° or arc instead)
   Hay que dar prioridad a las señales críticas (por ejemplo, relojes)
   Las señales de alta velocidad no deben cruzar el hueco de división del plano
   La correspondencia de longitudes es más importante de lo que cree.
5. El arte de conectarse a tierra
   The grounding system is the “silent hero” of the high-speed printed circuit board:
   Utilice varios puntos de masa en lugar de un único punto (más eficaz en frecuencias altas).
   Avoid “ground loops” to form antennas.
   Separe las masas digital y analógica, pero no las aísle por completo.
   Deje un conjunto de vías de conexión a tierra debajo de los chips críticos.
   Recuerde: no existe el esquema de conexión a tierra perfecto, sólo el que mejor se adapta a su diseño.
6. Control EMI
   Las interferencias electromagnéticas son enemigas del diseño de alta velocidad:
   Keep sensitive signals away from the board edge (≥20 mil).
   Use grounded shielded vias to “fence” critical signals
   Reduce las reflexiones eligiendo las resistencias de terminación adecuadas
   Considerar el uso de materiales capacitivos integrados
   Dato curioso: ¡muchos problemas de interferencia electromagnética se deben a un mal diseño de la toma de tierra!
7. Verificación del diseño
   Lista de control final:
   Tras completar la comprobación del RDC, realice otra revisión manual
   Solicitar al proveedor el informe de la prueba de impedancia
   Realice simulaciones de integridad de la señal antes de la producción de lotes pequeños.
   Reservar puntos de prueba para la depuración
   Lección aprendida: un equipo se saltó la simulación directamente a la producción en serie; ¡el resultado es que el 30% de las placas no funcionan!

Principios de diseño y tecnologías clave

Integridad de la señal (SI): El diseño de PCB de alta velocidad requiere el control de la impedancia de la línea de transmisión, la impedancia de terminación y la impedancia diferencial, así como el uso de estrategias especiales de cableado y técnicas de adaptación de terminación para reducir la reflexión de la señal y la diafonía.
Compatibilidad electromagnética (CEM):El diseño del apantallamiento, el diseño de la conexión a tierra y la gestión de la alimentación deben tenerse en cuenta en el diseño para reducir las interferencias electromagnéticas y garantizar que el equipo funcione correctamente en un entorno electromagnético.
Gestión térmica:Las placas de circuito impreso de alta velocidad generan calor durante su funcionamiento y requieren un diseño razonable de las estructuras y materiales de disipación térmica para evitar que el sobrecalentamiento afecte al rendimiento y la fiabilidad.
Selección de materiales
La placa de circuito impreso de alta velocidad es más estricta en la selección de materiales, por lo general utilizando baja pérdida, baja constante dieléctrica y bajo factor de pérdida dieléctrica de la placa para garantizar la estabilidad y fiabilidad de la transmisión de la señal.
Proceso de fabricación
El proceso de fabricación de placas de circuito impreso de alta velocidad incluye un cableado preciso, el control de la impedancia y el tratamiento de la superficie. Por ejemplo, Shenzhen Xinhongxing Multilayer Circuit Co., Ltd. ha solicitado una patente relativa a un dispositivo de tratamiento de superficies para placas de circuito impreso interconectadas de alta densidad, que reduce en gran medida las burbujas de aire y realiza un revestimiento uniforme utilizando motores de vibración y rotación, e inclinando el asiento guía para que coincida con la autorrotación de la placa, para garantizar un revestimiento denso y un rendimiento eléctrico estable.

Ámbito de aplicación

Las placas de circuito impreso de alta velocidad (PCB de alta velocidad) se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen las siguientes:
Conmutadores de centros de datos: Las placas de circuito impreso de alta velocidad desempeñan un papel importante en los conmutadores de centros de datos, ya que garantizan la integridad y estabilidad de la transmisión de señales de alta velocidad y contribuyen al funcionamiento eficaz de los centros de datos a gran escala.
Servidores de IA:Con la actualización de los servidores de IA y las plataformas EGS, la demanda de PCB de alta velocidad ha aumentado significativamente. Por ejemplo, la aplicación de placas OAM, placas UBB y placas base de CPU en servidores de IA está impulsando el mercado de PCB de alta velocidad.
Inteligencia en automoción:En el campo de la electrónica del automóvil, las placas de circuito impreso de alta velocidad se utilizan para realizar las funciones inteligentes de los automóviles, como la conducción automática y los sistemas de entretenimiento a bordo, para garantizar el alto rendimiento y la estabilidad de los sistemas electrónicos del automóvil.
Equipos de comunicación:Las placas de circuito impreso de alta velocidad se utilizan ampliamente en equipos de comunicación para soportar la transmisión de datos de alta frecuencia, alta velocidad y alta precisión, garantizando la integridad de la señal y una baja latencia en el proceso de transmisión.
Hardware informático: en el hardware informático de gama alta, las placas de circuito impreso de alta velocidad se utilizan para la informática de alto rendimiento y el procesamiento de datos, proporcionando una ruta de transmisión de datos estable y eficaz.
Dispositivos médicos: Las placas de circuito impreso de alta velocidad se utilizan en dispositivos médicos para garantizar un control y una transmisión de datos precisos, mejorando el rendimiento y la fiabilidad de los dispositivos médicos.
Control industrial:En el campo del control industrial, las placas de circuito impreso de alta velocidad se utilizan para realizar el complejo control industrial y el procesamiento de datos, garantizando un funcionamiento estable y una alta eficiencia del sistema.