Diseño de placas base

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Este artículo necesita citas adicionales para su verificación. Por favor, ayude a mejorar este artículo añadiendo citas de fuentes fiables. El material sin fuente puede ser cuestionado y eliminado.Buscar fuentes:  “Backplane” – noticias – periódicos – libros – scholar – JSTOR (julio de 2012) (Aprende cómo y cuándo eliminar este mensaje de la plantilla)

Un backplane (o “sistema de backplane”) es un grupo de conectores eléctricos en paralelo entre sí, de manera que cada pin de cada conector está vinculado al mismo pin relativo de todos los demás conectores, formando un bus informático. Se utiliza como columna vertebral para conectar varias placas de circuito impreso para formar un sistema informático completo. Los backplanes suelen utilizar una placa de circuito impreso, pero también se han utilizado backplanes con cables en minicomputadoras y aplicaciones de alta fiabilidad.

Las placas base se utilizan normalmente en lugar de los cables debido a su mayor fiabilidad. En un sistema cableado, los cables deben flexionarse cada vez que se añade o retira una tarjeta del sistema; esta flexión acaba provocando fallos mecánicos. Una placa base no sufre este problema, por lo que su vida útil sólo está limitada por la longevidad de sus conectores. Por ejemplo, los conectores DIN 41612 (utilizados en el sistema VMEbus) tienen tres grados de durabilidad construidos para soportar (respectivamente) 50, 400 y 500 inserciones y extracciones, o “ciclos de acoplamiento”. Para transmitir la información, la tecnología Serial Back-Plane utiliza un método de transmisión de señalización diferencial de bajo voltaje para el envío de información[1].

Pcb backplane

La gran variedad de restricciones conflictivas explica por qué muy pocos proyectos de diseño de placas base a gran escala se completan con éxito en una sola pasada. Básicamente, no existe una placa base barata, grande, de alta velocidad y alta densidad: los compromisos son inevitables y las opciones no son fáciles ni obvias.

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Antes de comenzar el diseño detallado de una gran placa base de alta velocidad, es conveniente considerar la viabilidad de la arquitectura de la placa base. Por lo general, la arquitectura original debe refinarse progresivamente hasta que pueda construirse realmente.

Para aumentar el ancho de banda de la placa base es necesario aumentar el número de señales y/o la velocidad de las señales individuales. Las señales de alta velocidad suelen utilizar líneas de transmisión diferenciales. Para lograr tasas de error de bits (BER) muy bajas, hay que controlar cuidadosamente la dispersión y la dispersión de las señales de alta frecuencia, así como la diafonía y las interacciones entre las referencias de tierra de CA y las corrientes de tierra y de alimentación de CC.

La transmisión de frecuencias más altas a distancias más largas utilizando enfoques de diseño convencionales requiere trazos de señal más anchos para reducir la atenuación de alta frecuencia. Los trazados de señal más anchos requieren capas dieléctricas más gruesas y/o materiales dieléctricos de mayor rendimiento para mantener la coincidencia de impedancias y reducir la atenuación dependiente de la frecuencia. El aumento de la anchura de las trazas o del grosor del dieléctrico reduce la densidad de enrutamiento. El aumento de la separación entre pares de trazas diferenciales reduce la diafonía, pero también la densidad de enrutamiento. La necesidad de aislar las referencias de tierra de CA de las corrientes de CC y de tierra tiende a añadir más capas y, por tanto, un mayor grosor. El número total de capas conductoras puede llegar fácilmente a 20, 30 o más.

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Llevo varios años realizando diseños de placas de alta velocidad y ahora estoy trabajando en el diseño de una placa base para el sector de las telecomunicaciones. La fuente de alimentación de nuestro equipo proporciona -48V y -48V de retorno, que deben ser enviados a todas las tarjetas de línea que se conectan a la placa base. En cada una de las tarjetas de línea, tengo un convertidor cc/dc aislante para reducir los -48V a 5 y 3V. Muchos pares de señales diferenciales de 1,25 Gbps atraviesan el backplane entre las tarjetas de línea. Mis preguntas son:

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Cuando dices que tus convertidores dc/dc están “aislados”, supongo que te refieres a que las conexiones -48V/-48V RETURN no tienen ninguna relación dc con los terminales de 5V, 3,3V y tierra que utilizas para alimentar las tarjetas. Una fuente de alimentación así funcionará bien en tu aplicación.

Una fuente aislada no requiere conexiones sólidas de -48V/-48V RETURN en el backplane. Puedes implementar las conexiones -48V/-48V RETURN con trazos gruesos. Este enfoque ahorra algo de espacio en el diseño. Utiliza cobre de 2 onzas en la capa de -48V si es necesario o lo que sea necesario para transportar tu corriente continua sin caídas de tensión continua objetivas. Alternativamente, usted puede querer atornillar barras de metal en la parte posterior de la placa base para llevar las corrientes pesadas. Las barras conductoras metálicas no ocupan ningún espacio en la placa base, y los cables de alimentación pueden atornillarse directamente a las barras conductoras.

Placa base vs. placa madre

Según Wikcionario, un arquitecto es: “Una persona que planifica, concibe o ingenia la consecución de un resultado deseado”. Dado que la placa base es el componente clave de la arquitectura de cualquier sistema, cuanto antes se tenga en cuenta la arquitectura física de la placa base al principio de un proyecto, más éxito tendrá éste. Si se piensa en ello de la misma manera que en el diseño de un edificio, nunca se consideraría la posibilidad de construirlo sin contratar primero a un arquitecto de edificios para que planifique y supervise el diseño detallado. Del mismo modo, el arquitecto de placas base planifica y supervisa el diseño físico de la placa base antes de empezar a diseñar. Trabaja estrechamente con un ingeniero de empaquetado de sistemas para satisfacer los requisitos del sistema antes de que cualquier concepto sea definitivo. A veces, la arquitectura original del sistema necesita revisiones debido a las limitaciones físicas que impone la placa base. Esto sólo puede establecerse con la debida diligencia y planificación durante la fase de diseño de alto nivel.

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A diferencia de otros diseños de paquetes de circuitos utilizados en el sistema, la placa base es muy parecida a la quilla de un barco de la que depende el resto de la construcción del barco para su soporte e integridad estructural durante toda su vida útil. Las placas base deben ser correctas a la primera para que los paquetes de circuitos puedan interoperar juntos el primer día y sean capaces de soportar futuras actualizaciones del sistema a medida que la tecnología avance. Una vez que el sistema se ha desplegado en el campo, es casi imposible cambiar la placa base para corregir cualquier deficiencia o mejorar el rendimiento como se puede hacer rediseñando los paquetes de circuitos enchufables.

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