Impedenza sotto controllo: come configurare lo stackup in OrCAD X PCB Presto
Sommario
Nei circuiti stampati a impedenza controllata la larghezza delle piste deve essere definita in base alla configurazione dello dello stack-up della scheda. Il calcolatore di impedenza integrato nell’editor di stack-up di OrCAD X PCB Presto utilizza il solutore BEM2D e può fornire previsioni accurate, purché sia configurato correttamente. Questo articolo illustra alcuni aspetti fondamentali da considerare per garantire un’impedenza conforme alle specifiche di progetto e ottenere risultati compatibili con quelli di altri solutori di riferimento.
In particolare vedremo:
- Geometrie elementari.
- Materiali disponibili nell’editor di stackup.
- Permittività degli strati conduttori.
- Fattore di etch.
- Conclusioni.
Geometrie elementari
Nei PCB a impedenza controllata le strutture geometriche più comuni sono le microstrip e le stripline. Una microstrip, illustrata in Figura 1, è una pista situata su uno strato esterno, con un singolo piano di riferimento.
Una stripline, invece, è una pista posizionata su uno strato interno, tra due piani di riferimento. La Figura 2 mostra una stripline asimmetrica.
Nel caso di coppie differenziali, l’accoppiamento tra le piste della coppia può essere di tipo edgeside oppure broadside, come illustrato in Figura 3.
Materiali
I materiali disponibili nell’editor di stack-up sono definiti all’interno del file materials.dat, situato in$CDSROOT/share/pcb/text. La voce Setup > More > Materials della barra dei menù apre un editor che consente di modificarne il contenuto direttamente dall’interfaccia di OrCAD X PCB Presto. Per semplificare la configurazione dello stack-up e garantire la coerenza dei dati tra i vari progetti, è consigliabile popolare il file esclusivamente con materiali noti, classificandoli con nomi descrittivi.
Permittività degli strati conduttori
Una corretta impostazione dello stack-up richiede di definire una costante dielettrica anche per gli strati conduttori, come illustrato nell’esempio di Figura 4.
Questo parametro specifica la permittività del dielettrico a contatto con il conduttore, che può essere influenzata da diversi fattori tra cui la presenza di soldermask e/o prepreg, come mostrato nella figura 5.
Strato di soldermask
Per calcolare con precisione l’impedenza delle piste degli strati esterni è fondamentale considerare la presenza del soldermask. Sebbene il rivestimento sia conforme alla superficie del PCB, il solutore lo approssima con buona accuratezza a uno strato di spessore uniforme, come illustrato in Figura 6.
Fattore di etch
Il fattore di etch tiene conto delle variazioni di pro-cesso che possono alterare la forma rettangolare delle piste ed è rappresentato da un angolo che può deviare fino a 45° rispetto alla verticale. A seconda del layer e del processo utilizzato, l’angolo può essere acuto o ottuso. La figura 7 mostra i valori ammessi per il fattore di etch.
Conclusioni
Una corretta configurazione dello stack-up è essenziale per garantire la conformità alle specifiche di progetto e ottenere risultati compatibili con quelli di altri solutori di riferimento. La definizione accu-rata della costante dielettrica per gli strati conduttori, la predisposizione di uno strato di soldermask e l’impostazione di un adeguato fattore di etch sono effetti del secondo ordine che possono influire in modo significativo sulla precisione della previsione dell’impedenza fornita dal solutore integrato nell’editor di stack-up di OrCAD X PCB Presto.
È importante sottolineare che i valori ottimali per questi parametri non esistono in maniera universale, ma devono essere stabiliti in collaborazione con il produttore del circuito stampato, tenendo conto delle specifiche del processo produttivo.