Para los circuitos analógicos o digitales de alta frecuencia, es fundamental garantizar la integridad de las señales que se propagan sobre el PCB. De hecho, las señales por encima de 100 MHz se ven impactadas por la impedancia de las pistas que, si no se tiene en cuenta, puede causar errores inoportunos particularmente difíciles de analizar. Afortunadamente, el control de impedancia permite al diseñador y al fabricante de PCB gestionar este fenómeno.
¿Qué es una impedancia?
La impedancia mide la oposición de un circuito eléctrico cuando una corriente alterna fluye a través de él. Es la combinación de la capacidad y la inducción de un circuito eléctrico de alta frecuencia. La impedancia se mide en Ohms, como la resistencia. Sin embargo, no se deben confundir los dos valores, ya que la resistencia es una característica de corriente continua. Cuando una señal pasa de un conductor con una cierta impedancia a otro con la misma impedancia, se transmite de manera óptima. Sin embargo, si las impedancias son diferentes, se producen reflexiones y atenuaciones que la degradan.
¿Cómo se determina la impedancia?
En general, la impedancia de una pista está comprendida entre 25 y 125 Ohms, dependiendo de los siguientes factores:
- Anchura y grosor de la pista de cobre
- Paso de la señal por vías
- Espesor del núcleo o material de preimpregnado a cada lado de la pista
- Constante dieléctrica del núcleo y del material de prepregnación
- Distancia con el plano cobre de referencia
- Presencia o ausencia de resistencia a la soldadura
Por lo tanto, el diseñador de la tarjeta debe asegurarse de que, para las señales de alta frecuencia, sus opciones de trazado y de stackup permiten alcanzar un valor objetivo de impedancia, con cierta tolerancia. Los programas informáticos de la CAO electrónica más avanzados hacen estos cálculos automáticamente.
¿Qué es el control de impedancia?
El control de la impedancia consiste en medir la impedancia de algunas pistas desde la fabricación de PCB y asegurarse de que están dentro de los límites comunicados por el diseñador. Esta técnica, aunque costosa, se ha extendido desde principios de los años 2000 con el continuo aumento de las frecuencias de los componentes electrónicos. Por ejemplo, se puede encontrar en los siguientes productos:
- Telecomunicaciones analógicas y digitales
- Tratamiento de la señal de vídeo
- Box Internet, TV, GPS, videojuegos, cámara digital
- Ordenadores, tabletas y teléfonos móviles
- Módulos de control del motor
¿Qué utilidad tiene el control de impedancia sobre los PCB?
Cuando una señal debe tener una impedancia particular para funcionar correctamente, se debe priorizar la impedancia controlada. En aplicaciones de alta frecuencia, mantener la impedancia constante en toda la tarjeta electrónica es esencial para mantener la integridad de los datos transferidos y la claridad de la señal. Cuanto más larga sea la pista o mayor sea la frecuencia, más necesaria será la adaptación. La ausencia de rigor en este nivel puede aumentar los tiempos de conmutación de un aparato electrónico o de un circuito y provocar errores intempestivos.
Una impedancia descontrolada es muy difícil de analizar una vez que los componentes se montan en el circuito. Los componentes tienen una capacidad de tolerancia diferente en función de los lotes. Además, sus características se ven afectadas por variaciones de temperatura, lo que puede provocar disfunciones. En tal caso, cambiar un componente puede parecer la solución en primer lugar, pero en realidad es la impedancia inadecuada de las pistas lo que plantea un problema.
Por lo tanto, la impedancia de las pistas y su tolerancia deben comprobarse durante el diseño de PCB con anterioridad. El diseñador deberá trabajar en colaboración con el fabricante para garantizar la conformidad de los valores de los componentes.
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