Linha de transmissão PCB: O que é? Por que isso é importante?

A crescente demanda por eletrônicos avançados impulsiona inovações nas capacidades e no desempenho das placas de circuito. Os projetistas de circuitos agora trabalham rotineiramente com velocidades de sinal mais rápidas. Sinais de alta velocidade, uma vez um desafio ocasional, estão se tornando padrão em layouts de placas de circuito impresso. A transmissão perfeita de sinais de alta velocidade exige que os projetistas entendam as melhores práticas para roteamento de rastreamentos em placas. Os rastreamentos não podem mais ser roteados com base apenas na estética ou no custo. A prioridade agora é criar caminhos de rastreamento ideais para garantir a integridade do sinal e minimizar problemas de desempenho. Para conseguir isso, os projetistas devem compreender o conhecimento da linha de transmissão de PCB. Neste blog, apresentaremos os tipos de linhas de transmissão utilizadas, discuta sua importância, e fornecer métodos de layout preferidos.

O que é linha de transmissão PCB?

Uma linha de transmissão de placa de circuito impresso transporta sinais entre transmissores e receptores em uma placa de circuito. It consists of two conductors – a signal trace and a return path, normalmente um plano terrestre. Os condutores são separados por uma camada dielétrica. Correntes alternadas de alta frequência exibem propagação de ondas em linhas de transmissão. Uma propriedade chave é que em cada ponto ao longo do seu comprimento, a linha tem uma impedância. Além disso, se as dimensões da linha não variarem, esta impedância permanece uniforme. Tal traço é denominado linha de transmissão de impedância controlada. Impedâncias não uniformes levam a reflexões e distorções de sinal. Assim, para altas frequências, controlar a impedância do traço prevê o comportamento do sinal.

Tipos de linhas de transmissão PCB

Ao projetar placas de circuito impresso, os engenheiros têm três opções principais a considerar para a transmissão de sinais em toda a linha:

1. Microfaixa PCB

A linha de transmissão de microfita consiste em um único traço condutor atuando como portador de sinal, roteado sobre um plano de referência. Este plano de referência, normalmente situado em uma das camadas externas do Empilhamento de PCB, fornece o caminho de retorno diretamente abaixo do rastreamento do sinal. As microtiras são mais comumente executadas ao longo das camadas externas devido à facilidade de acesso, Contudo, também é possível incorporar esses traços nas camadas internas da placa. O plano de referência para uma microfita interna ainda está localizado em uma camada externa adjacente. Microstrips permitem roteamento simples para sinais de terminação única, projetos de alta densidade de traços, e adequação para componentes de montagem em superfície.

2. Linha de PCB

As linhas de transmissão stripline envolvem o fechamento de um traço condutor roteado entre dois planos de aterramento de referência, contido dentro das camadas dielétricas da placa. Esta configuração fornece caminhos de corrente de retorno acima e abaixo da portadora de sinal. A blindagem adicional de dois planos dá às striplines imunidade natural à interferência eletromagnética em comparação com as linhas microstrip. Striplines exhibit excellent versatility – traces can be positioned closer to one reference plane or another to tweak performance, e vários traços podem ser roteados em paralelo entre os planos. Os planos de referência maiores também promovem qualidade superior de transmissão de sinal. Striplines vêm com fabricação mais complexa do que microstrips, mas permite excelente sinal de alta velocidade.

3. Linhas de Transmissão Coplanares

A linha de transmissão coplanar coloca o rastreamento do sinal e os caminhos de retorno na mesma camada PCB. Consiste em um traço de sinal central flanqueado por dois planos terrestres mais largos, com lacunas de espaçamento separando os condutores. Todos os elementos coplanares passam pelo material dielétrico da placa. Controle preciso das lacunas entre os traços, aviões terrestres, e larguras planas é imperativo alcançar impedâncias alvo. As linhas coplanares têm uso menos frequente em comparação com microstrips ou striplines, mas oferece algumas vantagens, como ajuste de impedância mais fácil e não necessidade de vias de perfuração. Sua exposição também facilita a sondagem para medições. Mas os coplanares vêm com tolerâncias de fabricação mais restritas e permanecem propensos a EMI sem proteger os planos.

A importância das linhas de transmissão em PCB

À medida que os dispositivos e circuitos eletrônicos avançam para velocidades de comutação mais rápidas e frequências mais altas, contabilizar os efeitos da linha de transmissão em layouts de PCB torna-se crítico. Em frequências de microondas atingindo faixas de gigahertz, os traços não podem mais ser tratados simplesmente como conexões entre pontos. Em vez, as leis da propagação elétrica ditam que os sinais refletirão e tocarão com base na impedância da geometria do traço. A falha em controlar esses efeitos resulta em sinais distorcidos, interferência eletromagnética, e operação de circuito não confiável. Ao implementar adequadamente linhas de transmissão - com dimensões e espaçamentos controlados para atingir as impedâncias características desejadas - os projetistas de PCB podem transferir sinais perfeitamente da fonte para a carga. Conhecimento em linhas de transmissão, seja microfita, stripline, ou construções coplanares, ajuda a prevenir a degradação do sinal ao mesmo tempo que permite tecnologias de ponta. Com as tendências atuais de miniaturização e frequências em constante aumento, uma compreensão das linhas de transmissão de PCB serve como uma habilidade fundamental para projetar linhas de transmissão de alta velocidade, placas de circuito de alta frequência.

Dicas ao projetar linhas de transmissão

Controlar a impedância característica ao longo de todo o comprimento do traço é fundamental para linhas de transmissão. Não fazer isso resulta em reflexões de sinal perturbadoras em altas frequências, corrompendo a transmissão de dados. Adaptando as larguras das linhas para atingir as impedâncias desejadas, designers criam interconexões precisas. Calculadoras on-line, Ferramentas CAD com calculadoras integradas, ou buscar orientação de fabricantes de PCB simplifica o alcance de metas precisas de impedância, quais padrões como IPC-2581 também facilitar.

Com traços controlados por impedância estabelecidos, práticas de design adicionais otimizam layouts:

Avoid Congested Areas – Prevent impedance discontinuities by routing lines away from tight spaces. Divisões ou quebras nos traços perturbam o caminho da corrente de retorno.

Use One Layer – Minimize vertical transitions using primarily one layer for easier impedance control and reference plane access.

Add Vias – If transferring between layers is unavoidable, coloque vias ao lado dos traços como referências de aterramento, mantendo o caminho de retorno.

Keep Pairs Together – Route differential pairs together on the same path to match line lengths, evitando obstáculos como vias que podem distorcer os sinais.

Em essência, linhas de transmissão de impedância controlada exigem planejamento e layout meticulosos para fornecer sinais cristalinos em altas frequências. Existem inúmeros recursos para projetar com precisão geometrias de traços e espaçamentos para impedâncias alvo antes do roteamento. Depois do cálculo, deve-se ter cuidado para implementar linhas com consistência e continuidade. Com as velocidades de sinal atuais entrando nas faixas de microondas, experiência no uso de princípios de linha de transmissão com impedância correspondente marca um conjunto inestimável de habilidades em design de PCB. Dominar traços de impedância controlada e mitigar descontinuidades permite o roteamento confiável de sinais de alta frequência.

Empacotando

Para encerrar, compreender os fundamentos da linha de transmissão capacita projetistas de circuitos impressos. O controle de impedância ao longo de todo o comprimento do traço é fundamental; descontinuidades perturbam a integridade do sinal. Calculando dimensões físicas para impedâncias alvo, interconexões uniformes transmitem dados de alta velocidade de maneira confiável.

Por favor, entre em contato com quaisquer perguntas pendentes sobre este tópico crucial de layout de PCB. Seja abordando cálculos de impedância, configurações de linha de transmissão, métodos de roteamento, ou problemas de integridade de sinal, apoiamos ansiosamente sua busca por conhecimento especializado.