Diseños de PCB:una guía completa de pasos y reglas de diseño básicos

El proceso de diseño de una placa de circuito implica pasos que requieren mucho tiempo y que deben seguirse al máximo. El incumplimiento de las instrucciones a menudo cuesta a los diseños de PCB en sus proyectos de diseño.

Por lo tanto, hemos descrito reglas, pasos de diseño de PCB y varios software de diseño gratuitos que puede probar para una mejor durabilidad, rendimiento y funcionalidad.

¿Qué es el diseño de PCB?

El diseño de una placa de circuito impreso es un proceso que implica el uso de software de diseño para combinar el enrutamiento y la ubicación de los componentes. La combinación define aún más la conectividad eléctrica en la PCB, lo que le da vida físicamente.

(proceso de diseño de circuitos electrónicos) 

Reglas del proceso de diseño de PCB

Seguir las reglas correctas de diseño de la placa a menudo limita los retrasos innecesarios y el mantenimiento de la PCB y garantiza una PCB de alta velocidad. Si bien concentrarse en el diseño del circuito y la selección de componentes es crucial, ignorar las reglas puede costar su proyecto digital y físicamente.

Entonces, ¿cuáles son algunas de las reglas durante un diseño para la fabricación?

Reglas de diseño de PCB para circuitos analógicos

El proceso de diseño comprende;

1. Garantizar una ruta de retorno clara de la señal analógica y llenar las rutas con trazas cortas y directas de componentes. Los caminos obstruidos causan ruido innecesario ya que la señal analógica que regresa se pasea cerca de un plano de tierra al ubicar el camino directo y más corto al origen.
2. En segundo lugar, emplee un plano de tierra analógico para separarlo de un plano digital, evitando así interferencias.
3. En tercer lugar, mantenga capas de señal cortas y directas. Previene la interferencia electromagnética en los elementos de PCB debido a la discrepancia de impedancia que provoca reflejos a frecuencias más altas.
4. Luego, separe las secciones sobre circuitos analógicos y digitales para minimizar el ruido. Además, no enrute divisiones de circuitos analógicos a componentes digitales de alta velocidad, ya que evitará la influencia del ruido.
5. Finalmente, coloque su componente analógico firmemente para lograr un enrutamiento directo simplificado y circuitos digitales y analógicos separados.

Comprobación de la regla de diseño de PCB SMD

Por lo general, mantener un buen espacio entre los componentes electrónicos y algunos números de seguimiento hace que sea más sencillo correr la ruta de la superficie.

(microchip con tecnología de montaje superficial)

Regla sobre las opciones de enrutamiento

En primer lugar, el paquete de componentes de montaje en superficie de su elección influye en la opción de enrutamiento. Además, el espacio de fanout y la complejidad de la ruta pueden afectar su elección. Por lo tanto, puede elegir;

Enrutamiento de PCB de un solo lado; Se usa en circuitos simples y restrictivos y debe tener suficiente espacio libre para perforar orificios, componentes, borde de placa y pistas.

Enrutamiento de PCB de doble cara; Aquí, el uso de las superficies superior e inferior proporciona un área excelente para los componentes y el enrutamiento.

Regla de selección de componentes

Conozca el tipo de empaque correcto para SMD para usar en componentes de orificio pasante o SMD, ya que determina la fabricación de la placa y el ensamblaje de PCB.

Consejos de diseño de PCB de 2 capas

Los fabricantes a menudo crean placas de diseño de placa de circuito de 2 capas con un rendimiento limitado. Por lo tanto, se vuelve un desafío enrutar paquetes BGA como FPGA o microprocesadores de alta gama en la placa de diseño.

Afortunadamente, puedes corregir el desafío siguiendo los consejos a continuación;

1. Primero, no siempre cumpla con las pautas estándar. Por ejemplo, el uso de relleno de cobre puede ser un desafío, al contrario que el enrutamiento de energía como trazas. Además, puede enrutar tres condensadores con una inductancia de bucle baja (que suma 22uF) en lugar de utilizar tres condensadores distintos para los pines de alimentación (1uF, 10uF y 0,1uF).
2. Siempre que sea posible, tenga solo un retorno para cada señal digital en todos los conectores para evitar rebotes a tierra/ruidos de conmutación.

Circuito que explica el rebote del suelo

1. Además, coloque los condensadores de desacoplamiento de gran tamaño, como 22uF MLCC, cerca del pin de alimentación del IC. El capacitor puede estar en un cuerpo compacto con una tasa de voltaje de aproximadamente 2 veces la aplicación de riel recomendada.
2. En cuarto lugar, cree una ruta corta en la capa inferior/plano de cobre, a veces empleando correas de retorno por acortamiento. El procedimiento asegura un bajo mantenimiento de la inductancia mutua en la ruta de retorno de la señal (integridad de la señal aumentada).
3. Además, emplee trazas de señal espaciadas y ajuste de componentes para un enrutamiento menos concurrido.
4. Luego, coloque los componentes de ruta y retorno a tierra en la segunda capa, mientras que las rutas de señal y alimentación permanecen en la primera capa. Aquí, utilizará un plano de tierra duradero debajo de la placa de diseño.
5. Por último, use un diámetro perforado de 13 mils, un trazo de señal de 6 mils (con 1 A de CC) de ancho y un trazo de potencia de 20 mils (con 3 A de CC) de ancho. Las características diminutas logran una alta densidad de enrutamiento a un bajo costo.

Reglas de diseño de PCB de 28 capas

Las pautas sobre los diseños de PCB de 28 capas garantizan que minimice el riesgo de errores, lo que reduce el costo durante la fabricación de la placa. Además, tenga en cuenta que los fabricantes tienen diferentes requisitos. Por lo tanto, la regla de la placa de alta potencia también puede variar en términos de aislamiento de potencia, tamaño de trazas y espaciado.

Reglas de cableado de componentes

Las propiedades eléctricas son las siguientes;

1. Asegúrese de que la línea de señal no parezca un bucle invertido y que la conexión a tierra y la línea de alimentación sean radiales.
2. En segundo lugar, la apertura debe ser de 40 mil, mientras que la almohadilla debe ser de 60 mil en doble línea.
3. Además, el componente del orificio pasante no debe ser inferior a 30 mil.
4. A continuación, el espacio entre líneas debe ser superior a 10 mil, la salida y la entrada de la CPU> 8/10 mil, el cable de alimentación> 18 mil (muy ancho) y la línea de señal> 12 mil.
5. Finalmente, dibuje su cableado donde el área de cableado esté dentro de 1 mm alrededor del orificio de montaje y ≤1 mm desde el borde de la placa de circuito.
6. Diseño de PCB de 4 capas

Un diseño esquemático de PCB de 4 capas tiene trazas/señales de potencia + formas, GND de referencia, VOUT/VIN dividido y GND de potencia. Inunde las áreas no utilizadas con una capa de cobre de Vout, Vin y GND. Luego, conecte todas las almohadillas de suministro de energía a la capa superior.

Guía de diseño de PCB paso a paso

Como diseñador de PCB, utilice el método de ensamblaje de la guía para lograr un objetivo de diseño de calidad para su placa de PCB.

• Comprenda siempre los parámetros eléctricos del sistema de diseño de su placa, por ejemplo, limitaciones de capacitancia, circuitos integrados, voltajes, etc. 
• En segundo lugar, cree un diagrama esquemático mediante el cual diseñará la PCB al nivel eléctrico de su función/propósito.
• A continuación, cree un diseño de PCB con la herramienta de software de captura esquemática como Altium Designer. Mostrará dónde colocar los componentes y el funcionamiento de la placa en un dispositivo previsto.
• Después, diseñe su pila de PCB, ya que determinará la impedancia (cuán rápido/cuánta electricidad viaja por una traza de PCB).
• En quinto lugar, defina los requisitos y las reglas de diseño a través de los criterios y estándares de aceptabilidad de IPC. Además, puede encontrar un proveedor de placas de circuito con conocimiento de las reglas estándar para limitar los retrasos en los proyectos y las revisiones constantes.
• Ahora, coloque suavemente los componentes usando una hoja de datos en cada uno de ellos usando soldadura fundida. Luego, puede continuar con la colocación a través de un diseño mecánico y un diseño de PCB.

(componentes electrónicos)

• Inserte agujeros de perforación según la conexión y los componentes. La mitad de las placas de circuitos flexibles tienen lados dobles, lo que significa que se conectan al orificio de perforación en la capa inferior.

(circuito flexible)

• Más tarde, dirija los trazos individuales después de unir los orificios de perforación y los componentes como componentes pasivos. Luego, incluya marcas, etiquetas e identificadores en el diseño de la placa para mostrar dónde se encuentran los componentes particulares en la placa.
• Por último, pero no menos importante, genere sus archivos de diseño/diseño cuando el esquema del tablero esté completo. Ahora está oficialmente listo para el ensamblaje, la fabricación y la fabricación de PCB (desde el concepto hasta la producción).

El mejor software gratuito de diseño de PCB

Esta sección contiene una lista compilada de software/herramientas de diseño de placas de circuito legítimas y gratuitas para aficionados.

Son los siguientes;

1. DipTrace; Es un software de diseño con una característica fácil de usar que no compromete su funcionalidad. Además, es ideal para todos los niveles de aprendizaje y puede funcionar en sistemas como Linux, Mac y Windows.
2. EasyEDA; Además de ser gratuito, EasyEDA proporciona un colaborador de equipo, una herramienta de gestión de proyectos, un diseñador de bibliotecas, un editor de PCB y una potente captura de esquemas. Además, tiene una funcionalidad ilimitada (funciona tanto sin conexión como en línea) y puede funcionar en los sistemas operativos Linux, Mac y Windows.

EasyEDA

1. Creador de circuitos; Le permite diseñar sin restricciones en las dimensiones de PCB y hasta 16 capas planas + 16 señales. Puede ayudar aún más en la verificación de reglas de diseño, visualización 3D nativa y enrutamiento avanzado. Sin embargo, solo funciona en Windows.
2. Águila de Autodesk; La herramienta de diseño tiene un editor de diseño de PCB para diseñar PCB y un editor de esquemas que diseña diagramas de circuitos. Además de estar disponible en Mac, Linux y Windows, tiene características como contenido de biblioteca completo, enrutamiento de PCB, ubicación de componentes, etc.
3. PCB Osmond; Es el único software de diseño EDA basado en MAC y es compatible con el diseño de diseño de PCB y la captura esquemática. Además, puede diseñar tableros con hasta 700 pines y tiene varias capas de tablero y tamaños de tablero ilimitados.
4. Frizado; Es una herramienta de diseño de PCB ideal para varios recursos educativos porque admite circuitos simples con el software para traducir diseños en PCB, placas de tiras soldadas o placas de prueba sin soldadura.
5. KiCad; KiCad es un popular programa de diseño de código abierto que se vincula con FreeCAD para el diseño físico, es compatible con GitHub para el control de versiones y se integra con la simulación de circuitos (Ngspice). A pesar de tener una estructura de biblioteca un tanto anticuada, tiene un poderoso conjunto de funcionalidades y características para expertos y principiantes.
6. Editor de diseño gráfico fácilmente aplicable (EAGLE); Es un programa de diseño EDA que ofrece a los diseñadores contenido de biblioteca integral, enrutamiento de PCB, ubicación de componentes, etc. Además, puede guardar archivos de perforación Sieb &Myer y Excellon, además de archivos de diseño PostScript y Gerber.

Conclusión

Para resumir, es posible que hayamos esbozado algunas reglas sobre el diseño de PCB y proporcionado una lista de herramientas de software. Sin embargo, podríamos haber pasado por alto algunos desafíos de diseño. Por lo tanto, si necesita ayuda, contáctenos hoy y lo conectaremos con un experto en ingeniería de nuestro equipo para que lo ayude.