Lo que todo diseñador de PCB necesita saber sobre la impedancia de pista con Eric Bogatin

El diseño de PCB comienza siendo una tarea relativamente fácil: se crea un contorno rectangular, se asignan algunas huellas de componentes, se ejecutan algunos rastreos y se descargan algunos archivos Gerber para enviarlos a la fábrica. Luego, a medida que adquiere más experiencia y comienza a probar circuitos más complejos, sumergiéndose en fuentes de alimentación conmutadas, digitales de alta velocidad y analógicas de bajo ruido, las cosas se vuelven progresivamente más difíciles; y ni siquiera hemos hablado todavía sobre el diseño de RF o microondas, donde las cosas pueden volverse simplemente extrañas desde el punto de vista de los no iniciados. [Robert Feranec] no es ajeno a estos asuntos y se ha asociado con uno de los principales expertos (y uno de los héroes electrónicos personales de este escriba) en cuestiones de integridad de señales, [Prof. Eric Bogatin] para profundizar en el cómo y el por qué del diseño de impedancia controlada.

Una parte interesante de la discusión es ¿por qué son tan frecuentes los 50 Ω? La respuesta es, en primer lugar, histórica. En la década de 1930, los cables coaxiales necesarios para aplicaciones de radio se diseñaron para minimizar la pérdida de transmisión, utilizando dimensiones razonables y aislamiento de polietileno, la impedancia era de 50 Ω. En segundo lugar, cuando se diseñan trazas de PCB a un costo razonable, existe una compensación entre el consumo de energía y la inmunidad al ruido.

Como regla general, reducir la impedancia aumenta la inmunidad al ruido a costa de un mayor consumo de energía, y una impedancia mayor tiene el efecto contrario. Debe equilibrar esto con los anchos de traza resultantes, la separación y la densidad de enrutamiento general que pueda tolerar.

Otra historia divertida fue cuando Intel estaba diseñando un bus de alta velocidad para interfaces gráficas, creó una simulación de una estructura de bus típica y parametrizó las constantes físicas, como los anchos de las líneas de traza, el espesor dieléctrico, los tamaños de las vías, etc., que eran viables. con casas fabulosas de PCB de bajo costo. Luego, utilizando una simulación de Monte Carlo para ejecutar 400.000 simulaciones, localizaron el punto óptimo. Dado que el diseño de vía compatible con las reglas de diseño de fábricas baratas a menudo daba como resultado una impedancia característica de vía que resultó bastante baja, se recomendó reducir la impedancia de traza de 100 Ω a 85 Ω diferencial, en lugar de intentar modificar la geometría de la vía para llevarla. hasta que coincida con el rastro. ¡Cosas divertidas!

Lo admitimos, el vídeo es de principios de año y muy largo, pero para conceptos básicos tan importantes en diseño digital de alta velocidad, creemos que vale la pena dedicarle tiempo. ¡Ciertamente aprendimos un par de cositas útiles!

Ahora que tenemos la construcción de la PCB clavada, ¿por qué dar la vuelta atrás y revisar esos cables?