PCB ángulos de 90 grados [duplicado]

EDITAR: Me olvidé de un caso en el que las esquinas de 90 grados SON malas: PCB de alto voltaje. Esto no tiene nada que ver con la reflexión o la radiación, sino con la forma en que cualquier tipo de forma afilada concentrará el campo eléctrico alto y hará que una ruptura dieléctrica y un arco sean más probables. Esto se puede aprovechar para vías de chispas de PCB, pero de lo contrario, se deben evitar las esquinas en ángulo recto en una PCB de alto voltaje, 1kV+. Y uno debe usar almohadillas redondeadas para todo, incluso las almohadillas de resistencia/condensador SMD. Evite las formas afiladas de cobre tanto como sea posible.

No, no hay razón para preferir ángulos de 45° a ángulos rectos. Diré esto definitivamente: las otras respuestas que afirman que los ángulos rectos causan más EMI son demostrablemente falsas. Esto no es una especie de incógnita teórica que pueda debatirse. Podemos medir la EMI radiada desde varias formas de trazas, y lo hemos hecho, y los ángulos rectos no.irradian más de 45 grados de ángulo. Mencione tantas razones teóricas por las que los ángulos rectos deberían ser malos para EMI, pero no importan. La simple realidad empírica de la situación es que no lo hacen, y lo que 'deberían' hacer no va a cambiar eso. De hecho, esto es cierto incluso en frecuencias muy altas, que abordaré más adelante en esta publicación. Si me equivoco, por supuesto, muéstrame medidas que demuestren que las esquinas de 90 grados son peores. O mejor aún, si hay una diferencia medible, seguramente sería sencillo construir un medidor que pudiera determinar si una traza tenía un ángulo recto o una esquina de ángulo de 45 grados en su totalidad al realizar mediciones en la entrada y la salida. O recogiendo el EMI. Me comeré mis palabras si alguien puede construir un medidor para hacer eso.

Estoy bastante seguro de que nadie lo hará, porque no hay ninguna diferencia medible en EMI o reflexión en frecuencias que incluso permitan esquinas de 45 (o 90) grados en primer lugar.

Por supuesto, se están dando otras razones sin sentido. El grabado y los ángulos rectos solo eran un problema antes de que alguien usara trazas de ángulos de 45 grados y, en cambio, grabara a mano las tablas con rubylith. Los procesos mejoraron lo suficiente como para que tales preocupaciones no hayan sido preocupaciones durante al menos 3 décadas. Si hubiera algún problema relacionado con el grabado, es mejor que le diga a todas esas placas con almohadillas QFN cuadradas de 0,5 o 0,4 mm de paso que no pueden seguir usando esas partes, ya que aparentemente nuestros procesos de grabado de PCB destrozarían la forma de esas almohadillas por completo. Al menos, si uno va a creer algunas de las otras respuestas en este hilo. Por supuesto, el argumento del grabado también es obviamente una tontería, y es necesario mirar todas las pequeñas almohadillas cuadradas grabadas todo el tiempo con esquinas perfectamente afiladas para comprender que no tiene sentido.

Lo que me molesta es que nadie está haciendo la única pregunta que deberíamos estar haciendo: ¿Por qué se usan trazas de 45 grados?

La respuesta es un poco anticlimática: la tradición. Al menos, cuando se utiliza sin una razón válida y racional. Puede enrutar más trazos en el mismo espacio usando ángulos de 45 grados, simplemente debido a que las esquinas ocupan más espacio (raíz cuadrada de dos y todo eso). Por lo que usarlos es perfectamente válido en muchas situaciones de enrutamiento. Pero no hay razón para usarlos preferentemente sobre los ángulos rectos, por lo que debe acostumbrarse a usar lo que parezca la mejor solución para ese trazo muy específico. Si desea ser bueno en el enrutamiento de tableros, una excelente manera de asegurarse de que esto nunca suceda es imponer reglas de diseño arbitrarias sobre usted mismo que no le brindan ningún beneficio. Es simplemente elegir limitar sus estrategias de enrutamiento sin motivo alguno.

La gente puede dudar de mi argumento tradicional, pero vengo con pruebas contundentes. Tengo muchas placas de circuitos que van desde los años 60 hasta la actualidad, y está claro que las trazas de ángulo de 45 grados son poco más que un artefacto del software EDA que entra en escena e impone limitaciones arbitrarias (8 ángulos de enrutamiento posibles... Las computadoras lucharon para hacer incluso gráficos vectoriales simples en ese momento, esto facilitó las cosas).

Primero, aquí hay una placa para un filtro de frecuencia para un viejo sintetizador HP. Esto produjo una gran cantidad de frecuencias de RF y usó filtros de miles de millones, 24 de ellos, todos con un múltiplo de 10 MHz. Esta fue una pieza de equipo de prueba de HP, eso sí, esto era lo último en tecnología. Se fabricó en los años 70, cuando las tablas todavía se encintaban a mano. Las placas de esta era, incluso las de RF, nunca usaban ángulos de 45 grados porque su uso era una restricción artificial debido a un software que aún no existía.

Vamos a darle la vuelta...

Pero esos también tienen muchas cosas redondeadas... esto probablemente se debió a que estaban enmascarados con rubilitos cortados a mano. Avancemos hasta 1983, cuando el software EDA estaba muy en uso. De repente, todas esas curvas y ángulos que iban en cualquier dirección desaparecieron, y solo se usaron 8 direcciones. Esto se debe enteramente a las herramientas de la época, no hubo elección de diseño aquí. Nadie eligió usar solo 8 direcciones, solo TENÍAN 8 direcciones para elegir en esas primeras herramientas EDA. El siguiente es un controlador de disco digital occidental de 1983.

Dios mío... es como si no les importara de una forma u otra las esquinas en ángulo recto o de 45 grados. (Pista: no lo hicieron). ¡Usan ambos con salvaje abandono!

Más primeros planos...

Como puede ver, parece que la única correlación real entre cuándo se usa uno es que cuando se necesita una mayor densidad de enrutamiento, se usa mucho más a menudo (aunque no siempre) el giro de 45 grados. Esta es la única preocupación que realmente influye en la elección de las curvas. De lo contrario, usa lo que quieras. Claramente, a este diseñador no le gustaba ninguno de ellos más que el otro. Probablemente solía pegar tableros con cinta adhesiva, pero pasó a usar herramientas EDA. No estaba usando ángulos de 90 grados O ángulos de 45 grados en sus trazos antes, y no tiene preferencia cuando diseñó esto.

Si está utilizando FR4, entonces los ángulos rectos no importan. Por la sencilla razón de que si puede tolerar la pérdida dieléctrica causada por FR4 en su señal, no es lo suficientemente rápido como para que importen los ángulos rectos. Incluso Wifi de 2,4 GHz tiene una longitud de onda de unas 5 pulgadas. Por supuesto, no se verá afectado significativamente por una característica de órdenes de magnitud más pequeños que su propia longitud de onda, como la esquina del trazo de la forma. 2 giros de 45 grados o uno de 90 grados serán prácticamente idénticos en todo el efecto.

Y, la forma ni siquiera es el factor importante en los casos en que los efectos de frecuencia. La impedancia es. Debe mantener una impedancia característica, de modo que la impedancia instantánea que ve la señal en cualquier paso dado a lo largo del camino sea siempre la misma. Son las discontinuidades las que provocan los reflejos y la radiación. La manera fácil de mantener la impedancia es simplemente usar curvas, pero deben tener un radio de curvatura de al menos 3 veces el ancho de la traza. Esto es para mantener el ancho de la traza en un valor casi constante, manteniendo así la impedancia. Esto es lo que determina la forma, pero cualquier estrategia que mantenga la impedancia es válida.

Una última imagen, el interior de un viejo osciloscopio Tektronix:

Si necesita arrinconar un trazo de manera más compacta, entonces usar un ángulo de 90 grados o dos ángulos de 45 grados es incorrecto. Una esquina de 90 grados provoca una discontinuidad de impedancia cuando el ancho de la traza aumenta en un factor de$\sqrt{2}$en la esquina de 90 grados, causando una caída repentina en la impedancia. De hecho, esto causará reflejos e irradiará.

Si usa un ángulo de 45 grados, causa no solo una sino dos discontinuidades, y aunque individualmente no son tan severas (cada ángulo de 45 grados amplía la traza por un factor de$\sqrt{4-\sqrt{2}}$), esa diferencia de aproximadamente 1,08 sigue siendo un cambio de impedancia significativo y provoca reflejos y radiación. Solo que sucede dos veces, por lo que obtendrá múltiples reflejos y radiaciones desfasados. Los ángulos de 45 grados, en el mejor de los casos, no son mejores que los ángulos rectos en los mismos aspectos que supuestamente los hacen "mejores". La simple verdad es que no hay una razón real, y esencialmente no hay diferencia entre ellos.

Entonces, ¿cómo acorralas correctamente un rastro cuando la estrategia de acorralamiento realmente importa? Como quieras, siempre y cuando mantengas tu impedancia. Lo cual no es posible con curvas de 90 o 45 grados. Puede mantener la impedancia de la forma que desee, y aunque es difícil aumentar la impedancia para equilibrar el ancho adicional (y la pérdida de impedancia) causada por las curvas de 45 o 90 grados, es fácil reducir la impedancia para equilibrar el aumento de impedancia estrechando el trazo.

Retrocedamos por un segundo y examinemos todo el ancho de la traza frente a la impedancia. ¿Por qué el ancho de la traza tiene un efecto tan significativo en la impedancia? Por supuesto, no es el pequeño cambio en la ya minúscula resistencia de CC.

¡Es la capacitancia! Esas huellas forman una placa de un capacitor con el plano de retorno de la señal debajo. Entonces, una vez que haya agregado un área adicional usando un ángulo recto o un trazo de 45 grados, no hay nada que pueda hacer, esa capacitancia adicional está ahí para quedarse. Sin embargo, si toma una esquina de 90 grados y corta parte de la esquina de un lado, y según la constante dieléctrica del sustrato de su PCB, así como su grosor entre la traza de la señal y el plano de retorno, puede calcular exactamente cuánto necesita cortar para mantener la capacitancia general.

Y el resultado es un tanto irónicamente la yuxtaposición de una curva de 45 y 90 grados:

Fundamentalmente, es una esquina de 90 grados con una parte cortada (ingleteada) para mantener la capacitancia y, por lo tanto, la impedancia. No hay nada de malo con los ángulos agudos si se tiene en cuenta la impedancia. Las curvas son simplemente más fáciles, así que las prefiero porque soy floja. Aunque a veces ocupan demasiado espacio.

Ya sea que haga una esquina de 90 grados o de 45 grados es irrelevante. Puede enrutar topológicamente y no seguir ninguna dirección si lo prefiere. Todo esto comenzó con una peculiaridad del software y se ha transformado en tradición, e incluso aparentemente en superstición. Les prometo que cualquier ingeniero que afirme que esto de alguna manera es importante nunca lo respaldará con datos concretos, y no podrá hacerlo si se le presiona para que lo haga. Es fácil encontrar pruebas de que no importa, porque no es así. Es por eso que solo tomé algunas fotos para probar mi punto. En las situaciones de gama alta, sí importa, cualquier regla general sobre una esquina sobre la otra es completamente inútil de todos modos, ya que ambas son igual de incorrectas.

Si puede usar trazos de 45 grados, puede usar trazos de 90 grados sin un impacto medible. Utilice el que más le guste o sea adecuado para una densidad de trazo específica. A los ingenieros nunca les importó, y no hay razón para que debas preocuparte. No permita que las respuestas no respaldadas (desgraciadamente votadas a favor, a pesar de ser información falsa) lo atraigan. Valide la regla empírica que le dicen con datos. La tradición y la fe no tienen cabida en la buena ingeniería.

Voy a ir contra la corriente aquí y le sugiero que lea "Bien la primera vez" de Lee W. Ritchey. http://www.thehighspeeddesignbook.com/

De interés específico es el capítulo 25, donde el autor hace todo lo posible para señalar:

Entonces, durante todo este tiempo, los ingenieros han estado impidiendo el uso de curvas en ángulo recto basadas en datos erróneos. (Nota: El Manual de sistemas ECL de Motorola está disponible como archivo PDF en On Semiconductor en www.onsemi.com.)"

El autor continúa afirmando: "Las curvas en ángulo recto no causan problemas de integridad de la señal a ninguna velocidad de borde práctica. Las curvas en ángulo recto tampoco causan EMI. Las curvas en ángulo recto no son trampas de ácido. No hay una buena razón técnica para evitar el uso de curvas en ángulo recto para enrutar trazas en una PCB".

Entonces, desde ese consejo, desde un punto de vista puramente eléctrico, no hay razón para evitar las curvas de 90 grados. Si existen consideraciones mecánicas, como la elevación de trazas a temperaturas más altas, etc., es otra cuestión.

Personalmente, trato de mantener los trazos lo más cortos posible, lo que generalmente significa líneas rectas (sin curvas) siempre que sea posible. No pierdo el sueño agregando curvas de 90 grados si es necesario: mantener todo a 45 (o 135) grados consume una gran cantidad de 'bienes raíces' de PCB en diseños más ajustados.

Bueno, generalmente, cuanto más cortas son las trazas, menos pérdidas y mejor funcionan las cosas. Los ángulos rectos hacen trazos más largos, por lo que normalmente no son deseados. Aunque solo hay una diferencia minúscula para la mayoría de los circuitos de tipo aficionado. Si está experimentando con resistencias, capacitores, 555 y 2N2222, si debe usar un ángulo recto, hágalo, pero no se acostumbre. Como afirma JRE, también son difíciles de grabar correctamente.

Las cosas se ponen interesantes a altas frecuencias, más de 100 MHz más o menos. A medida que aumenta la frecuencia de una señal, todo tipo de efectos físicos (física) comienzan a manifestarse y afectan la señal a medida que viaja (se propaga) a través de la PCB. Dado que la frecuencia es tan rápida, la longitud de onda es muy corta, lo que significa que una traza de PCB puede comenzar a parecer lo suficientemente grande como para ser una antena e irradiar energía al espacio libre. A frecuencias aún más altas, grandes secciones de cobre aparecen como capacitancia, las esquinas afiladas aparecen como resistencia (técnicamente, impedancia), los espacios en una pista aparecen como un filtro, incluso el material de PCB en sí mismo influye en las cosas, lo que se denomina constante dieléctrica. Tal diseño (intencional) es muy especializado y complejo. Por lo general, la mayoría de los diseños electrónicos evitan estos efectos mediante el uso de frecuencias más bajas, trazas de PCB más cortas, etc.

EMI es interferencia electromagnética, lo que significa la generación o inducción no deseada de señales de RF no intencionales. EMC (Cumplimiento electromagnético) es el oficio de probar PCB para radiación no deseada (y susceptibilidad). Una carrera en EMC nace de una gran comprensión de la física, la teoría de RF y la electrónica.

Siempre debes evitarlo. Puede recordar que un pararrayos tiene un extremo afilado. La razón de esto es que el campo eléctrico se concentra allí y lo hace "más atractivo" para los rayos que otras superficies.

Del mismo modo, el borde afilado de un ángulo de 90 grados es malo, allí se pueden generar más interferencias, la discontinuidad de la impedancia de la línea PCB es peor, etc.

Por todos los medios, evítelos.

La regla en la que todos los diseñadores estarían de acuerdo es: evitar cualquier ángulo que no sea de 45 o 90 grados.

Es cierto que los ángulos rectos pueden ser un problema para ciertos procesos de fabricación. El problema sería aún mayor para los ángulos agudos, que se desaconsejan enfáticamente. Sin embargo, la mayoría de las fábricas modernas no deberían tener problemas incluso con estos. Aquí encontrará información relacionada con las trampas de ácido .

La longitud del trazo y principalmente la estética son factores que favorecen las curvas de 45 grados. ¡Tenga en cuenta que es solo la estética lo que explica por qué no ve curvas de 55 grados en ninguna tabla decente!

Si estuviera diseñando un tablero de alto voltaje, probablemente también debería prestar atención a evitar cualquier esquina.

Con respecto al rendimiento de RF o la compatibilidad electromagnética (que no están relacionados), el camino a seguir es una traza de retorno enrutada correctamente para la mayoría de las trazas de RF. Tenga en cuenta que puede enrutar una curva de 90 grados de microcinta sin problemas si ingletea el borde exterior correctamente. Así que este no es un argumento a favor o en contra de las curvas de 90 grados.

Como se mencionó antes, 90 grados (y menos) no son deseables por 2 razones:

1. Altas frecuencias y altos voltajes ya que la punta afilada emite electrones.
2. Problemas mecánicos con la fabricación.

Entonces, técnicamente, deben evitarse en cualquier condición normal y es una buena práctica aprender a diseñar sin ellos. Redondee estas esquinas o use ángulos de 2 x 135 grados en su lugar.

Pero:

1. Si se pueden evitar los problemas mecánicos, los ángulos agudos no son un problema (busque imágenes RFID en Google o simplemente retire con cuidado una etiqueta RFID cuadrada).
2. Usando polígonos de 90 grados, se puede crear un condensador de PCB o una antena para altas frecuencias (google, por ejemplo, imágenes de transmisores de 2,4 GHz).

Así que todo depende. Si eres menos habilidoso, simplemente evítalos como regla general.