3. El siguiente paso es definir el stack-up o construcción de materiales de la PCB. Para eso hacemos click derecho en la pcb ==>> "options" ==>> "layer stack manager". Os pongo un ejemplo para 4 capas pero se puede hacer análogo con 2 capas (iré explicando la diferencia):
Partiremos de 2 capas así que seleccionamos la capa TOP y abajo en el desplegable de "add layer" añadimos una "layer"(capa de señal), luego seleccionamos la nueva capa y añadimos un "internal plane". En 4 capas lo normal es que una sea sólida de GND (mi 3ª capa). Podéis hacer doble click en las capas y cambiarles los nombres como he hecho yo (L1_TOP, L2_PWR, L3_GND, L4_BOT).
Rellenamos los campos..
* Pullback del plano gnd: es el espacio del plano a borde de placa. El mínimo es el espacio que os indique vuestro fabricante. Mi mínimo es menor pero yo he puesto 0.4mm.
* Thickness de las capas solder: influye un poco (muy poco) en el cálculo de impedancias. Normalmente es de 10 a 20 micras (yo he puesto 10).
* Constante dieléctrica de las capas solder: suele ser menor que la del cobre, 3.3 es un buen valor (repito que influye poco en el cálculo de impedancias).
* Layer pairs: arriba a la derecha tenéis un desplegable. Lo normal es que lo configuréis como "layer pairs" o "internal layer pairs". El primero significa que tenemos un core central y el segundo que en el centro hay un prepeg. Recordemos que un core es como una placa de baquelita: 2 láminas de cobre adheridas a una placa de FR4. Un prepeg es una lámina flexible de dieléctrico. Combinando cores, prepegs y láminas de cobres en forma de sandwich y prensando es como se consigue la PCB multicapa. Aquí ejemplos de build-ups de quien fabrica la PCB que estoy mostrando:
http://www.eurocircuits.com/wp-content/uploads/stories/ec09/ec-std-buildups-0-8-layers-english-4-2010-v2.pdfEsta es mi configuración:
Esos son los datos que le tenéis que pedir a vuestro fabricante. Como vemos que hay un core central nuestra cofiguración es "layer pairs". Lo normal es que para 4 capas os encontrareis con 2 cores unidos por prepeg (internal layer pairs) y no con 1 core con prepegs arriba y abajo una lámina de cobre como en este caso (layer pairs). Esto se suele definir aunque realmente no influye en el calculo de impedancias. Con lo que cogiendo los datos anteriores rellenamos el resto de la tabla.
* Los prepegs son 2 láminas de material conocido como 7628 y el grosor de ambas es de aproximadamente 360um.
* El core de material FR4 tiene un grosor de 710um.
Como veis mis grosores de dieléctricos son algo distintos. Esto se debe a que sé que los valores que han mostrado no son exactos ya que los materiales se los compran a una empresa (ISOLA) que trabaja con otro fabricante mio que me dió unos valores más exactos.
* Los grosores de cobre del core son de unos 35um.
* Los grosores de cobre de la láminas externas pone que son de 18um pero ese dato no incluye "el plating" que es la capa de metalizado que le añaden para ya que el cobre "desnudo" se oxida (HAL, plata química, oro químico, etc.)
Por eso siempre tenéis que preguntar al fabricante por el grosor final en capas externas.. En este caso son 42um.
* Las constantes dieléctricas de los cores y prepegs las he puesto a 4.4 (valor común ) porque se trata de un diseño sin muchas exigencias. En el diseño que hagamos dónde realmente sea muuuy importante la impedancia controlada tenemos que tener en cuenta la la Er de los dieléctricos cambia con el materia y la frecuencia.
Con lo que en este caso tendríamos que calcular la constante dieléctrica de cada material para la máxima frecuencia de todas las señales que tengamos. ¿por qué para la máxima frecuencia?.... porque serán las señales que "mas queremos afinar a su impedancia target", las de frecuencia por debajo tendrán valores algo incorrectos pero si las de más alta frecuencia funcionan bien las de baja frecuencia no tendrán problemas. Se podrían hacer rules según frecuencias pero como la constante dieléctrica no modifica tanto la impedancia (más el grosor de cobre y la distancia a plano adyacente) yo al menos no lo hago.
Ej. Nuestra señal de mayor frecuencia es de 500mhz. En los espesores de cores vemos que nuestro core de espesor real 0.73mm tiene una Er de 4.7 a 1Mhz, nos vamos a la gráfica y vemos que la recta que comienza en 4.7 (rojo) cruza con 500mhz con un Er de aproximadamente 4.47==>> ese es nuestro valor. Vemos que los prepegs 7628 tienen una Er igualmente de 4.7 a 1Mhz por lo que la Er a 500Mhz será también de 4.47. En resumen, pondríamos 4.47 como constante dieléctrica en todos los materiales de nuestro stack-up.
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Bueno pues ya tenemos hecho el stack-up. El próximo paso es calcular anchos de pista y espacios para USB con impedancia controlada (50ohm para single-ended y 90ohm diferencial). Para PCBs complejas lo mejor es utilizar una herramienta profesional como ICD o Polar, o bien decirle a nuestro fabricante de PCB que nos lo calcule ya que esas herramientas son caras. ISOLA (quizá el mayor fabricante de materiales) sacó una herramienta online gratuita hace tiempo, yo no la he utilizado pero me han comentado que es bastante buena. Echadle un ojo:
https://isodesign.isola-group.com/En este caso vamos a simplificarlo y lo calcularemos directamente con Altium: no es lo más preciso que hay pero para esa estructura de 4 capas no se va demasiado.
Si alguien tiene alguna duda de lo que hemos hecho por ahora animo a que la comente antes de continuar.
Saludos!
