Les PCB sont étroitement liés à nos vies, la conception de l’empilement de couches pour une carte de circuit imprimé (PCB) implique de nombreuses contraintes. Les conceptions à grande vitesse nécessitent un contrôle minutieux des paramètres tels que la capacité interplan, l’impédance et la diaphonie. Même dans les PCB plus lents, l’empilement affecte des caractéristiques importantes telles que la capacité de la feuille entre les plans.
De nombreuses considérations d’empilement peuvent être calculées manuellement ou modélisées dans un logiciel de conception de circuits pour simuler l’impédance d’un circuit imprimé. Cependant, le flux de travail de conception d’empilement d’Altium Designer inclut le calcul de l’impédance de PCB, éliminant ainsi le besoin de calculateurs d’empilement de PCB externes. Le gestionnaire d’empilement de couches et le moteur de routage d’Altium incluent un solveur de champ pour régler l’impédance sur l’ensemble de l’empilement de cartes. Ce calculateur d’empilement de PCB intégré rationalise l’optimisation de l’impédance pour les conceptions à grande vitesse.
Calcul de l’impédance dans les empilements de PCB
L’impédance d’un circuit imprimé dépend de la géométrie de la piste, des matériaux et de la configuration de la couche. Des calculs d’impédance précis nécessitent de prendre en compte les différences entre les topologies de piste couplées aux bords, intégrées et décalées. La modélisation de paramètres tels que la rugosité de la surface du cuivre et la dispersion diélectrique améliore les résultats.
Formules d’impédance IPC-2141
Comme de nombreux domaines techniques, la conception d’empilement de circuits imprimés repose sur des équations standard pour calculer les paramètres. Le calcul de l’impédance de trace nécessite de prendre en compte à la fois les propriétés diélectriques du substrat et la forme de la trace. La plupart des calculateurs simples estiment l’impédance à l’aide des équations de microbande et de ligne de bande de l’IPC-2141.
Cependant, les formules IPC-2141 ont une précision de ±7 %. Cela les rend inadaptés aux conceptions à grande vitesse avec des débits de signalisation multi-GHz. Une modélisation plus avancée est nécessaire, mais peu de calculateurs d’empilement de circuits imprimés offrent ces capacités.
Modélisation de l’impédance de la ligne de bande
Les équations d’impédance montrent que la géométrie et le substrat d’une ligne de bande ont un impact sur son impédance. Étant donné que la constante diélectrique apparaît dans les formules, le choix du bon matériau de circuit imprimé est essentiel pour atteindre l’impédance cible. Mais les traces de surface comme les guides d’ondes coplanaires nécessitent plus que des calculateurs de base.
Après avoir choisi un empilement de couches, les concepteurs à grande vitesse utilisent des solveurs de terrain pour déterminer les dimensions et l’espacement de piste nécessaires pour atteindre des cibles d’impédance spécifiques.
Calculateur d’impédance intégré d’Altium Designer
Le gestionnaire d’empilement de couches d’Altium Designer intègre un calculateur d’impédance dans le flux de travail de conception d’empilement de circuits imprimés. Le solveur de terrain calcule l’impédance de trace en fonction des paramètres d’empilement réels.
Les avantages comprennent :
- Réglage de l’impédance de la trace en modifiant l’empilement des couches
- Affinage de la conception de l’empilement pour améliorer les performances d’impédance
- Prise en compte des effets diélectriques dépendants de la fréquence
- Évaluation des compromis entre l’impédance, les émissions et l’intégrité du signal
Altium Designer combine le calculateur d’empilement de circuits imprimés avec un routage automatique intelligent et une interface pilotée par contraintes. Cela facilite la conception d’empilements de circuits imprimés à impédance contrôlée.
Importance de l’espacement des couches et des diélectriques
L’espacement entre les couches (H ci-dessus) a un impact significatif sur l’impédance. Lors du développement de circuits imprimés à grande vitesse, le maintien de l’intégrité de l’empilement est essentiel pour :
- Capacité interplan pour la distribution de puissance
- Minimisation de l’inductance de boucle et de la diaphonie
- Modélisation de l’impédance en mode pair/impair
Les équations montrent également que la constante diélectrique affecte l’impédance. Un calculateur d’empilement de circuits imprimés précis doit modéliser correctement la constante diélectrique dépendante de la fréquence et la tangente de perte. Cela permet de capturer leur influence sur le couplage et l’impédance.
Calculateurs d’impédance de PCB intégrés
À mesure que les PCB deviennent plus rapides et plus complexes, leurs conceptions nécessitent un contrôle d’impédance, une analyse de diaphonie et un réglage de la capacité. Une modélisation d’impédance robuste est impérative pour des performances à grande vitesse.
Alors que les calculateurs de base estiment l’impédance à partir de la géométrie du trace, l’intégration dans le flux de travail de conception est nécessaire pour créer un empilement réussi à impédance contrôlée. Les formules autonomes ne peuvent pas tenir compte de tous les effets du monde réel.
Altium Designer intègre un calculateur d’empilement de PCB avancé dans un environnement de conception de PCB unifié. Cela permet aux concepteurs de faire des compromis éclairés entre l’impédance, les émissions, l’intégrité du signal, la fabricabilité et d’autres considérations. Le résultat final est un PCB optimisé pour l’application cible.
Altium pour la conception d’empilage à grande vitesse
Les premiers PCB servaient principalement à interconnecter des composants relativement simples et à assurer la distribution de l’énergie. À mesure que les circuits devenaient plus complexes, le contrôle précis de l’impédance est devenu essentiel pour la qualité du signal. Cela a stimulé la demande de cartes de 50 ohms.
Modélisation de l’impédance du PCB
L’impédance d’une trace dépend de la géométrie, des matériaux, de la superposition et d’autres facteurs. Chaque type de piste (couplée, intégrée ou décalée) nécessite une modélisation spécialisée pour une impédance précise. Les calculateurs de base ne peuvent pas tenir compte de la rugosité de surface ou de la dispersion diélectrique, ce qui conduit à des résultats incorrects.
Interface d’empilement accordable d’Altium
Les conceptions à impédance contrôlée nécessitent des plans d’alimentation et de masse intégrés. Un plan de masse fournit un chemin de retour à faible impédance, tandis que les plans d’alimentation distribuent une alimentation propre. L’empilement doit soigneusement équilibrer le placement et l’épaisseur du plan.
Altium Designer ajuste l’empilement de circuits imprimés en fonction de l’impédance et des performances cibles. Il combine des couches de modélisation, des diélectriques et des géométries avec un routage intelligent et une vérification des règles de conception. Ce flux de travail cohérent permet de concevoir des empilements optimisés à grande vitesse.
En résumé, la conception d’empilements de circuits imprimés pour des applications à grande vitesse ou à impédance contrôlée nécessite des outils de modélisation avancés. Les calculatrices autonomes n’ont pas la sophistication nécessaire pour répondre aux exigences modernes. Altium Designer intègre un calculateur d’empilement de circuits imprimés dans un flux de travail unifié de conception de circuits imprimés. Cela permet d’optimiser les empilements en faisant un choix éclairé entre les principales considérations électriques, mécaniques et de fabrication. Le résultat final est un circuit imprimé adapté et optimisé pour l’application prévue.
