Planos de alimentación en PCB: Mejores prácticas probadas para un rendimiento superior

 

Una de las mejores formas de mejorar su placa de circuito impreso (PCB) multicapa es usando planos de alimentación. Al emplear planos de alimentación en su PCB, puede utilizar caminos de retorno más cortos, recibir mejor desacoplamiento entre circuitos y lograr una mayor capacidad de corriente. Si está interesado en sacar el máximo provecho de su PCB, aprenda las principales formas de implementar planos de alimentación.

Este artículo cubre la definición de planos de alimentación, cómo se usan en PCB y las mejores prácticas de uso de planos de alimentación con PCB.

¿Qué es un plano de alimentación?

Un plano de alimentación es un plano de cobre plano diseñado para dar a su PCB un suministro constante de voltaje. Los planos de alimentación están conectados a fuentes de alimentación, de manera similar a como los planos de tierra se conectan a la conexión de tierra de una fuente de alimentación. Estos planos de alimentación suministran energía a los componentes a través del contacto con una vía que presenta una pista.

Normalmente solo encontrará planos de alimentación en PCB con más de tres capas. Esta tendencia de usar planos de alimentación en placas con más capas se debe parcialmente a los mayores beneficios de usar planos de tierra para placas de dos capas en lugar de planos de alimentación. Dado que los planos de tierra estables utilizan pistas para suministrar una fuente de alimentación con energía, tienden a ser una mejor opción para placas de dos capas.

El uso de planos de alimentación en placas con más de tres capas o más es una práctica recomendada de la industria para emplear capas en números pares al crear apilados multicapa. Cuando un apilado tiene un número impar de capas, crea una construcción asimétrica que a menudo causa defectos estructurales, como deformación y torsión.

¿Cómo se usan los planos de alimentación en una PCB?

Mientras que las placas de dos capas pueden beneficiarse de planos de tierra con pistas y trazas, la mayoría de las placas de cuatro o más capas pueden beneficiarse significativamente de los planos de alimentación. Algunas de las principales formas en que los planos de alimentación se usan en PCB para proporcionar mayores ventajas que las que tienen trazas incluyen:

• Mayor capacidad de transporte de corriente: Las trazas tienden a tener dificultades para manejar corrientes mayores, resultando en PCB con temperaturas de operación más altas. En contraste, los planos de alimentación ayudan a que las PCB tengan temperaturas de operación más bajas ya que tienen una mayor capacidad de transporte de corriente.
• Caminos de retorno más cortos: Otra forma en que las PCB pueden beneficiarse de los planos de alimentación es sus caminos de retorno más cortos que los usados con trazas. Estos caminos de retorno más cortos hacen que sea mucho más conveniente para el plano de alimentación alimentar el circuito, ya que puede seguir fácilmente la vía que conecta el plano de alimentación y la capa de señal. Al tener caminos de retorno más cortos, una PCB recibirá una compatibilidad electromagnética (EMC) mejorada.
• Mejor desacoplamiento entre circuitos: Los planos de alimentación se usan regularmente en PCB en lugar de trazas porque proporcionan mejor desacoplamiento entre circuitos. Este desacoplamiento mejorado ayuda a detener el ruido y la energía de propagarse de circuito a circuito en la fuente de alimentación.

Mejores prácticas en el diseño de planos de alimentación

Si está interesado en usar planos de alimentación para sus PCB, querrá entender las mejores prácticas para el diseño de planos de alimentación. Al confiar en algunas de las estrategias más comunes para diseños de planos de alimentación, puede disipar mejor el calor y producir una construcción más simétrica. Aquí están las principales mejores prácticas para diseños de PCB con planos de alimentación:

Diseñar los planos de alimentación para una correcta disipación de calor

Una PCB multicapa necesita tener una disipación de calor adecuada para asegurar que no se sobrecaliente y falle. Cuando tiene una placa multicapa con planos de alimentación, es una buena idea utilizar partición de planos. También puede confiar en múltiples vías, ya que esta estrategia de diseño puede mejorar la partición de planos. Con estas estrategias, puede disipar el calor de la PCB de manera más efectiva mientras emplea planos de alimentación.

Usar múltiples dominios

Una PCB de una sola capa generalmente solo necesita un solo dominio de alimentación para alimentar sus componentes cuando estos componentes tienen requisitos de voltaje idénticos. Para diseños de PCB más complejos y densos que presentan planos de alimentación, es mejor práctica usar múltiples dominios. Por ejemplo, los puertos I/O de una PCB podrían tener diferentes requisitos de voltaje que las unidades de microcontrolador, requiriendo que divida el plano de referencia.

Si bien tener múltiples dominios puede ayudarle a ahorrar espacio y asegurar que cada componente tenga la energía correcta, aún puede encontrarse con problemas de EMC, mayor ruido y diafonía. Los principales fabricantes separarán los circuitos de alta potencia, analógicos y digitales del plano de alimentación de su PCB para reducir las posibilidades de efectos negativos. También pueden separar los rieles de alimentación de cada circuito en la PCB y omitir el plano de alimentación para recibir un enrutamiento más eficiente. Esta opción de diseño requiere usar un plano de tierra para absorber ruido y acortar caminos de retorno.

Asegurar que las placas multicapa tengan simetría

Cuando está diseñando una PCB multicapa, querrá que tenga la simetría adecuada. Sus planos de alimentación juegan un papel significativo en asegurar esta simetría. Por ejemplo, una placa de cuatro capas necesitará tener dos planos de alimentación internos. Esta estrategia de diseño es especialmente útil para PCB de doble cara con componentes montados en las capas inferior y superior. Tenga en cuenta que necesitará confiar en trazas para dar a su PCB retornos cuando use múltiples planos de alimentación.

Colaborar entre equipos con software de layout y las mejores herramientas de layout

Otra mejor práctica para producir PCB con planos de alimentación es usar software de layout que le permita colaborar entre equipos. Tener software de su lado puede ayudarle a establecer las dimensiones correctas de capa, organizar el apilado apropiadamente con el diseño correcto de plano de alimentación y seleccionar los mejores materiales. El software de layout de alta calidad también puede ayudarle a determinar las mejores ubicaciones, tamaños, números y tipos de vías.

El uso de software de colaboración entre equipos ayuda a asegurar que use los mejores diseños posibles. Este software también puede ayudarle a simular sus diseños de manera más efectiva y analizarlos para crear la mejor ubicación y construcción de plano de alimentación. Puede complementar este software usando herramientas de layout efectivas para hacer el proceso aún más fácil.

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