A la hora de diseñar PCB, normalmente nos basamos en la experiencia y las habilidades que normalmente encontramos en Internet. Cada diseño de PCB se puede optimizar para una aplicación específica. Generalmente, sus reglas de diseño solo son aplicables a la aplicación de destino. Por ejemplo, las reglas de PCB de ADC no se aplican a PCB de RF y viceversa. Sin embargo, algunas pautas pueden considerarse generales para cualquier diseño de PCB. Aquí, en este tutorial, presentaremos algunos problemas y habilidades básicos que pueden mejorar significativamente el diseño de PCB.
La distribución de energía es un elemento clave en cualquier diseño eléctrico. Todos sus componentes dependen de la energía para realizar sus funciones. Dependiendo de su diseño, algunos componentes pueden tener diferentes conexiones de alimentación, mientras que algunos componentes de la misma placa pueden tener conexiones de alimentación deficientes. Por ejemplo, si todos los componentes están alimentados por un cableado, cada componente observará una impedancia diferente, lo que dará como resultado múltiples referencias de conexión a tierra. Por ejemplo, si tiene dos circuitos ADC, uno al principio y otro al final, y ambos ADC leen un voltaje externo, cada circuito analógico leerá un potencial diferente en relación con ellos mismos.
Podemos resumir la distribución de energía de tres formas posibles: fuente de un solo punto, fuente de estrella y fuente multipunto.
(a) Fuente de alimentación de un solo punto: la fuente de alimentación y el cable de tierra de cada componente están separados entre sí. El enrutamiento de energía de todos los componentes solo se encuentra en un único punto de referencia. Un solo punto se considera adecuado para la alimentación. Sin embargo, esto no es factible para proyectos complejos o grandes / medianos.
(b) Fuente de estrella: La fuente de estrella puede considerarse como una mejora de la fuente de un solo punto. Debido a sus características clave, es diferente: la longitud de enrutamiento entre componentes es la misma. La conexión en estrella se usa generalmente para tableros de señales complejos de alta velocidad con varios relojes. En el PCB de señal de alta velocidad, la señal generalmente proviene del borde y luego llega al centro. Todas las señales se pueden transmitir desde el centro a cualquier área de la placa de circuito y se puede reducir la demora entre áreas.
(c) Fuentes multipunto: consideradas pobres en cualquier caso. Sin embargo, es fácil de usar en cualquier circuito. Las fuentes multipunto pueden producir diferencias de referencia entre componentes y en un acoplamiento de impedancia común. Este estilo de diseño también permite que los circuitos IC, de reloj y de RF de alta conmutación introduzcan ruido en los circuitos cercanos que comparten conexiones.
Por supuesto, en nuestra vida diaria, no siempre tendremos un solo tipo de distribución. La compensación que podemos hacer es mezclar fuentes de un solo punto con fuentes multipunto. Puede colocar dispositivos analógicos sensibles y sistemas de alta velocidad / RF en un punto, y todos los demás periféricos menos sensibles en un punto.
¿Alguna vez ha pensado en si debería utilizar aviones a motor? La respuesta es sí. La placa de alimentación es uno de los métodos para transferir energía y reducir el ruido de cualquier circuito. El plano de potencia acorta la ruta de conexión a tierra, reduce la inductancia y mejora el rendimiento de compatibilidad electromagnética (EMC). También se debe al hecho de que también se genera un condensador de desacoplamiento de placas paralelas en los planos de suministro de energía en ambos lados, para evitar la propagación del ruido.
La placa de potencia también tiene una ventaja obvia: debido a su gran área, permite que pase más corriente, aumentando así el rango de temperatura de funcionamiento de la placa. Pero tenga en cuenta: la capa de potencia puede mejorar la temperatura de trabajo, pero también se debe considerar el cableado. Las reglas de seguimiento las dan ipc-2221 e ipc-9592
Para una PCB con una fuente de RF (o cualquier aplicación de señal de alta velocidad), debe tener un plano de tierra completo para mejorar el rendimiento de la placa de circuito. Las señales deben estar ubicadas en planos diferentes, y es casi imposible cumplir ambos requisitos al mismo tiempo utilizando dos capas de placas. Si desea diseñar una antena o cualquier placa RF de baja complejidad, puede utilizar dos capas. La siguiente figura muestra una ilustración de cómo su PCB puede utilizar mejor estos planos.
En el diseño de señales mixtas, los fabricantes generalmente recomiendan que la tierra analógica se separe de la tierra digital. Los circuitos analógicos sensibles se ven afectados fácilmente por interruptores y señales de alta velocidad. Si la conexión a tierra analógica y digital son diferentes, el plano de conexión a tierra se separará. Sin embargo, tiene las siguientes desventajas. Debemos prestar atención a la diafonía y al área de bucle del suelo dividido causada principalmente por la discontinuidad del plano del suelo. La siguiente ilustración muestra un ejemplo de dos planos de tierra separados. En el lado izquierdo, la corriente de retorno no puede pasar directamente a lo largo de la ruta de la señal, por lo que habrá un área de bucle en lugar de estar diseñada en el área de bucle derecho.
Compatibilidad electromagnética e interferencia electromagnética (EMI)
Para diseños de alta frecuencia (como los sistemas de RF), la EMI puede ser una gran desventaja. El plano de tierra discutido anteriormente ayuda a reducir la EMI, pero según su PCB, el plano de tierra puede causar otros problemas. En laminados con cuatro o más capas, la distancia de la aeronave es muy importante. Cuando la capacitancia entre planos es pequeña, el campo eléctrico se expandirá en el tablero. Al mismo tiempo, la impedancia entre los dos planos disminuye, lo que permite que la corriente de retorno fluya hacia el plano de la señal. Esto producirá EMI para cualquier señal de alta frecuencia que pase a través del avión.
Una solución simple para evitar EMI es evitar que las señales de alta velocidad crucen múltiples capas. Agregue condensador de desacoplamiento; Y coloque vías de conexión a tierra alrededor del cableado de señal. La siguiente figura muestra un buen diseño de PCB con señal de alta frecuencia.
Ruido de filtro
Los condensadores de derivación y las perlas de ferrita son condensadores que se utilizan para filtrar el ruido generado por cualquier componente. Básicamente, si se utiliza en cualquier aplicación de alta velocidad, cualquier pin de E / S puede convertirse en una fuente de ruido. Para hacer un mejor uso de estos contenidos, tendremos que prestar atención a los siguientes puntos:
Coloque siempre perlas de ferrita y condensadores de derivación lo más cerca posible de la fuente de ruido.
Cuando utilizamos la ubicación automática y el enrutamiento automático, debemos considerar la distancia a verificar.
Evite las vías y cualquier otro enrutamiento entre filtros y componentes.
Si hay un plano de tierra, utilice varios orificios pasantes para conectarlo a tierra correctamente.