PCB haute vitesse :un guide complet

Sans aucun doute, la plupart des projets d'ingénierie réguliers utilisent la conception standard des PCB. De plus, les PCB traditionnels ne peuvent pas fonctionner pour tout. Donc, si vous avez affaire à une application avancée, vous aurez besoin d'un PCB haute vitesse.

Cependant, la conception de circuits imprimés à grande vitesse peut être délicate. Vous devrez faire attention aux détails tels que l'intégrité du signal, les réflexions et la diaphonie. Si vous ne connaissez pas l'un de ces termes, cet article est pour vous.

Dans cet article, vous apprendrez tout sur les PCB à grande vitesse et les règles pour en concevoir un. Nous allons également le comparer à un PCB haute fréquence.

Alors, commençons.

Qu'est-ce qu'un PCB haute vitesse ?

Système à grande vitesse

Les PCB à grande vitesse sont des dispositifs qui utilisent des signaux à grande vitesse pour transférer des données entre les composants. Les signaux voyagent le long des pistes de cuivre de la carte jusqu'à ce qu'ils atteignent leurs cibles. De plus, le signal peut être analogique ou numérique.

Cependant, il n'y a qu'une petite différence entre les cartes à grande vitesse et les cartes standard. Mais d'abord, vous devez savoir ceci :ce que nous utilisons pour classer un système comme "haut débit", ce sont les taux de front du signal du système. Donc, si c'est rapide, c'est un PCB à grande vitesse. Ainsi, le taux de signal du système sépare la haute vitesse des PCB standard.

Nous considérons également tout PCB qui a une intégrité de signal élevée comme un PCB à grande vitesse. D'autres indicateurs qui peuvent vous aider à différencier une conception à grande vitesse d'une conception standard sont que les PCB à grande vitesse ont des frontaux RF pour la mise en réseau sans fil.

En outre, la plupart des conceptions à grande vitesse se concentrent sur les conceptions interconnectées, les conceptions d'empilement de PCB et le routage. Ainsi, le troisième domaine ne sera pas un problème si vous faites bien les choses dans les deux premiers domaines.

Applications PCB haute vitesse

PCB multiples

Les PCB à grande vitesse fonctionnent dans presque toutes les applications. Voici quelques-unes des applications prenant en charge l'utilisation de circuits imprimés à grande vitesse :

• Vous pouvez utiliser des PCB à grande vitesse dans les systèmes de communication réseau. L'objectif principal ici est la vérification de l'intégrité du signal.
• Les PCB à grande vitesse peuvent créer des cartes de test numériques à grande vitesse. Ces cartes peuvent tester différents signaux, y compris l'affaiblissement du signal RF.
• Les PCB à grande vitesse peuvent également créer des produits électroniques grand public puissants avec des volumes élevés et des délais de mise sur le marché courts.
• Les circuits imprimés à grande vitesse peuvent également créer des circuits radio nécessitant un contrôle d'impédance élevé.
• En outre, ces cartes fonctionnent également dans les équipements médicaux nécessitant des opérations à grande vitesse.

D'autres produits qui utilisent des PCB à grande vitesse incluent :

• Routeurs
• Canaux de données haut débit
• Serveurs
• Amplificateurs de puissance
• Réseaux de zone de stockage
• Modules émetteurs-récepteurs

Règles et défis de conception de circuits imprimés à grande vitesse

Circuit imprimé

Comme tout autre processus de conception de PCB, les PCB à grande vitesse ont des règles qui définissent leur méthode de conception. Pendant que nous examinons certaines des règles en détail, nous examinerons également les défis de conception possibles.

Impédance

Vous devez prendre en compte deux valeurs d'impédance lors de la conception d'un agencement à PCB élevé. Ces valeurs d'impédance incluent l'impédance asymétrique Zo et l'impédance différentielle Zdiff.

Ce sont les valeurs d'impédance communes pour les interfaces parallèles et série. De plus, il est essentiel de respecter la bonne impédance lors de la conception de vos circuits imprimés à grande vitesse. Sinon, vos pistes PCB auront des réflexions de signal.

Ce n'est pas tout. L'utilisation d'une mauvaise impédance entraînera également une perte de qualité du signal, une faible fréquence de travail et générera des EMI insupportables.

D'autres types d'impédance dont vous devez tenir compte, même s'ils sont rares, incluent :

• ZCM commun
• Mode paire Zoé
• Et le zoo en mode Odd

Mise à la terre

Pour la plupart des conceptions de circuits imprimés à grande vitesse, il est impossible de tracer toutes les interfaces sur une seule couche. Par conséquent, vous aurez besoin de l'aide de vias pour transférer des traces vers plusieurs couches. Cependant, il existe des règles spécifiques qui régissent ce processus.

• Vos conceptions doivent avoir le même potentiel de polygone GND sur toutes les couches, en particulier près des vias de signal. Nous appelons ces vias GND des vias d'assemblage, et ils doivent être aussi proches que possible du polygone GND. De plus, le respect de cette règle garantira que toutes les traces à grande vitesse ont la même référence GND.

• Soyez prudent lors de la conception de vos vias. Une mauvaise conception entraînera des problèmes d'impédance sur votre carte. Mais vous pouvez éviter cela en vous assurant que tous les vias ont le bon diamètre.

• L'utilisation de vias pour le routage de signaux à grande vitesse peut s'avérer délicate. Vous devez donc placer suffisamment d'espace entre les vias pour éviter une densité de courant élevée et une surchauffe.

diaphonie

La diaphonie est tout effet indésirable généré lors de la transmission de signaux sur une voie de communication. Ces effets indésirables se trouvent généralement sur les pistes voisines et provoquent souvent des changements de signal.

De plus, la diaphonie se produit généralement lorsque les pistes sont trop proches les unes des autres. Dans ce cas, vous pouvez réduire la diaphonie en laissant au moins 3 W d'espace entre les pistes.

Pour les paires différentielles, utilisez la règle 5W pour espacer correctement vos pistes. De plus, si votre carte nécessite une paire différentielle transmettant des signaux périodiques, nous vous recommandons de la maintenir à au moins 8 W des autres paires différentielles.

De plus, il doit y avoir une distance suffisante entre les pistes avec des signaux asynchrones et les pistes de signaux à grande vitesse. De plus, vous pouvez minimiser la diaphonie sur les cartes multicouches acheminant les pistes perpendiculairement aux pistes de la carte voisine.

Emplacement des composants

PCB avec composants

L'emplacement des composants est essentiel pour les conceptions de circuits imprimés à grande vitesse. Avant de commencer votre conception, planifiez l'endroit où vous placerez vos composants.

Idéalement, vous devez placer un polygone GND séparé pour les composants analogiques (le cas échéant) et les éloigner des traces et composants numériques. De cette façon, vous pouvez éviter les problèmes EMI.

De plus, les composants à grande vitesse n'ont pas besoin de traces très longues. Veillez donc à conserver suffisamment d'espace pour le réglage de la longueur afin qu'ils ne restent pas à proximité des sources d'interférences.

De plus, vous devez éviter de placer des composants à haute vitesse près du bord de votre carte. Cela aura des effets néfastes sur la qualité de votre signal. Au lieu de cela, vous pouvez placer ces composants vers le centre.

Forme de la piste

Différentes formes de piste

Les pistes à grande vitesse doivent avoir des coins arrondis et lisses. Aussi, vous devriez éviter d'utiliser des virages serrés. Cependant, cela peut prendre un temps raisonnable pour obtenir la meilleure forme de piste.

La meilleure façon d'obtenir la forme optimale des pistes et d'éviter les changements d'impédance est de les plier à des angles de 45 degrés.

Les trois grands problèmes des conceptions de circuits imprimés à grande vitesse

Les PCB à grande vitesse ont de nombreux problèmes qui pourraient rendre un circuit inutile si vous ne les résolvez pas. Et, parmi tous les problèmes, nous en avons répertorié trois principaux que vous devez éviter. Alors regardons de plus près ces trois-là.

Temps

Votre carte a des problèmes de synchronisation si vos signaux ne transmettent pas correctement, surtout par rapport à d'autres panneaux. Une horloge contrôle tous ces signaux, donc si votre timing est mauvais, les seules données que vous recevrez seront des données corrompues.

Solution :vous pouvez résoudre ce problème en faisant correspondre deux longueurs de trace couplées. Il synchronisera les traces avec vos fréquences d'horloge et les fera transmettre en même temps.

Bruit

Le bruit est toute forme d'interférence qui affecte vos signaux pendant la transmission. Il y a du bruit sur chaque PCB, mais un niveau de bruit élevé peut entraîner une corruption des données. Par conséquent, en faire un problème que vous devez éviter dans vos conceptions.

Solution :gardez une distance suffisante entre vos traces, ce qui les rend moins sensibles au bruit. Une bonne distance réduira également le niveau de bruit de votre PCB.

Intégrité

Si vos signaux ne ressemblent pas à ce qu'ils devraient après la transmission, cela compromet l'intégrité. De telles situations sont généralement le résultat d'interférences qui peuvent affecter l'intégrité d'un signal pendant la transmission.

Solution :L'utilisation d'une impédance appropriée entre un récepteur et un émetteur peut améliorer l'intégrité et la qualité de votre signal. Cela réduira également la sensibilité au bruit de votre signal.

Compétences en conception de circuits imprimés à grande vitesse

Conception de circuits imprimés

Voici quelques compétences dont vous avez besoin avant de concevoir un PCB haute vitesse.

Comment router des traces avec le contrôle d'impédance

PCB avec traces bleues

Vous devez comprendre comment calculer la pile de couches et la largeur de trace. Les résultats de ces calculs vous donneront les valeurs d'impédance essentielles. De mauvaises valeurs d'impédance affecteront négativement votre signal et entraîneront la corruption des données.

Minimisation de la zone de boucle

Les signaux à grande vitesse sont assez sensibles aux problèmes EMI/EMC. Mais, vous pouvez réduire l'impact de ces problèmes en suivant des règles de base simples. Ces règles incluent la réduction des zones de boucle, l'utilisation de plans de masse continus et de nombreux vias de couture, et l'optimisation des chemins de retour de trace.

Compétences en routage à grande vitesse

De nombreux éléments doivent être pris en compte lors du routage de traces à grande vitesse. Tout d'abord, vous devez savoir couper des plans de masse et garder des traces courtes. Vous devez également protéger vos traces des interférences et espacer les lignes numériques pour éviter la diaphonie.

Utiliser un logiciel de conception avancé

La conception de circuits imprimés à grande vitesse nécessite de nombreuses fonctionnalités complexes de votre logiciel de CAO. Et vous avez besoin des compétences nécessaires pour gérer ces fonctionnalités. De cette façon, vous pouvez éviter de concevoir de terribles schémas à grande vitesse.

PCB haute vitesse contre PCB haute fréquence

Circuit imprimé

Bien que la haute vitesse et la haute fréquence aient des définitions différentes, leur carte est essentiellement la même. Ils utilisent tous les deux l'onde sinusoïdale comme porteuse de signaux modulés.

Cependant, il existe de légères différences. Par exemple, nous utilisons des circuits à grande vitesse lorsque la tension augmente et diminue sur de courtes périodes. Dans le même temps, nous utilisons des cartes haute fréquence avec des cycles de court-circuit.

Les différences ne sont pas si distinctes pour les définir comme des cartes séparées. Ils utilisent même les mêmes matériaux de base. Vous devez vous concentrer sur le maintien de l'intégrité du signal ou de votre circuit.

Arrondi

PCB de haute technologie

Beaucoup de choses peuvent mal tourner si vous ne faites pas attention lors de la conception de circuits imprimés à grande vitesse. Contrairement aux PCB ordinaires, vous avez besoin de beaucoup de temps et d'attention lors du développement d'un schéma de circuit à haute vitesse approprié.

De plus, vous avez besoin de compétences spécifiques avant de faire des conceptions, comme savoir comment router correctement vos traces et mesurer l'impédance. Vous devez également surveiller le placement de vos composants pour éviter de compliquer la tâche aux fabricants.

Voulez-vous fabriquer des PCB à grande vitesse ? Alors, contactez-nous, et nous serons heureux de vous offrir les meilleurs conseils et services.