Domine el layout de PCB: Guía paso a paso para principiantes

PCB, abreviatura de Printed Circuit Board (Placa de Circuito Impreso), es la plataforma fundamental para llevar componentes electrónicos y lograr las funciones correspondientes. Basado en el material del sustrato, la PCB se fabrica de conformidad con los archivos de diseño de PCB con conexión lograda entre capas de la placa, y entre la placa y los componentes. La función principal de la PCB radica en su papel de transmisión por relé con plena contribución a la conexión eléctrica entre todas las partes que rodean la placa de circuito. Por lo tanto, la PCB suele considerarse el núcleo de los productos electrónicos.

La PCB debe fabricarse estrictamente de acuerdo con los archivos de diseño de PCB, incluyendo archivos Gerber, archivos de taladro NC, archivos de diseño de plantilla, etc., todos los cuales juntos finalmente conducirán a PCBs reales. Este artículo proporcionará una guía rápida para el layout de PCB a principiantes en diseño de PCB, cubriendo cuestiones clave relacionadas con el diseño y layout de PCB. Se espera que este artículo sea un parche para ingenieros electrónicos principiantes.

¿Qué es el Layout de PCB?

El layout de PCB contiene principalmente la colocación de componentes en la placa, ruteo, ancho de pista, espaciado entre pistas, etc. Dado que la placa PCB se aplica en casi todos los productos electrónicos, las PCB se han aplicado ampliamente en campos como electrónica de consumo, información, telecomunicaciones, atención médica o incluso aeroespacial. El layout de PCB juega un papel esencial en afectar sus funciones y rendimiento esperados.

Conceptos básicos del Layout de PCB

En el proceso de dibujar esquemáticos con software de diseño de PCB, es esencial dominar las abreviaturas de electrónica desde el principio, ya que las primeras tres letras suelen usarse para representar un término. Por ejemplo, RES significa resistencia; CAP significa capacitancia; IND significa inductancia. Por lo tanto, es de gran necesidad dominar algunos términos electrónicos: voltaje, corriente, Ohmio, Voltio, Amperio, Vatio, circuito, elemento de circuito, resistencia, resistor, inductancia, inductor, capacitancia, capacitor, ley de Ohm, leyes de Kirchhoff, ley de voltaje de Kirchhoff (KVL), ley de corriente de Kirchhoff (KCL), bucle, red, red pasiva de dos terminales, red activa de dos terminales.

Cuestiones inevitables a considerar en el Layout de PCB

• Distancia Mínima

Un diseño de PCB debe tener un marco y la distancia mínima entre la línea del marco y el pin del componente debe ser de al menos 2mm y es racional establecerla en 5mm.

• Colocación de Componentes

Básicamente, cuando se trata de un sistema de circuito que contiene circuito digital y analógico, deben separarse para que los sistemas se acoplen sistemáticamente en circuitos pertenecientes a la misma categoría. Además, los componentes deben colocarse según la dirección del flujo de señal, funciones y módulos.

La unidad de procesamiento de señal de entrada y los componentes de conducción de señal de salida deben colocarse cerca del borde de la placa para hacer las líneas de señal de entrada/salida lo más cortas posible y reducir la interferencia de entrada/salida.

En cuanto a la dirección de colocación de componentes, los componentes solo pueden colocarse vertical u horizontalmente. Si hay una diferencia de potencial relativamente alta entre componentes, la distancia entre componentes debe ser lo suficientemente grande para evitar descargas.

En cuanto a una placa de circuito con densidad media, la distancia entre componentes de baja potencia debe considerarse basándose en la soldadura. Cuando se selecciona soldadura por ola, la distancia entre componentes puede estar en el rango de 50mil a 100mil.

Diseño de Líneas de Potencia y Tierra en el Layout de PCB

No es una tarea difícil para los ingenieros de diseño de PCB entender la causa de la generación de ruido entre líneas de tierra y líneas de potencia. Incluso si el layout de PCB se lleva a cabo excelentemente, la interferencia debido a una consideración insuficiente en el arreglo de líneas de potencia y tierra aún reducirá el rendimiento del producto, o incluso llevará a un fallo total. Por lo tanto, es trabajo del ingeniero de layout de PCB reducir la interferencia de ruido tanto como sea posible para garantizar la calidad del producto con los métodos a continuación:

a. Se usa una capa de cobre de gran área como líneas de tierra y todas las partes no utilizadas deben conectarse con tierra, que puede usarse como líneas de tierra. En términos de PCB multicapa, las líneas de potencia y tierra deben organizarse en diferentes capas respectivamente.

b. Se debe agregar un capacitor de desacoplo entre líneas de potencia y tierra.

c. El ancho de las líneas de tierra y líneas de potencia debe establecerse lo más posible. Es mejor hacer las líneas de tierra más anchas que las líneas de potencia. El arreglo de ancho de líneas de tierra, líneas de potencia y líneas de señal debe ser: líneas de tierra > líneas de potencia > líneas de señal.

d. Se deben usar líneas de tierra anchas para hacer un bucle en una PCB con circuito digital.

Tres Consejos para Reducir EMI en el Layout de PCB

El mantenimiento de EMC (Compatibilidad Electromagnética) es obligatorio en el layout de PCB. La implementación de EMC tiene como objetivo reducir EMI (Interferencia Electromagnética) tanto como sea posible. Para disminuir EMI, los siguientes tres elementos deben enfocarse: fuente de interferencia electromagnética, camino de acoplamiento y víctima.

Para lograr EMC, las medidas deben comenzar desde los elementos anteriores. Primero, la fuente de interferencia, el camino de acoplamiento y los dispositivos sensibles deben analizarse y se deben resumir y tomar medidas efectivas para detener la fuente de interferencia, eliminar o reducir el acoplamiento de interferencia, disminuir la respuesta hecha por dispositivos sensibles a la interferencia o aumentar el nivel de sensibilidad electromagnética.

Para restringir la interferencia causada por humanos y testificar la validez de las medidas técnicas aplicadas, también se deben tomar medidas organizativas. Así, se debe hacer y seguir un conjunto de regulaciones y estándares completos con el espectro razonablemente distribuido. Además, la aplicación del espectro debe ser controlada y gestionada y el modo de trabajo debe determinarse según frecuencia, tiempo de trabajo y dirección de antena. El entorno electromagnético debe analizarse y la colocación debe seleccionarse con administración de EMC llevada a cabo.

• Fuente de Interferencia Electromagnética

La fuente EMI se refiere a cualquier tipo (natural o radiada por dispositivo eléctrico) de energía electromagnética que hará daño a personas o dispositivos en el mismo entorno o traerá daño EMI a otros dispositivos, subsistema o el sistema completo, llevando a degradación de rendimiento o fallo.

• Camino de Acoplamiento

El camino de acoplamiento se refiere al acceso o medio usado para transmitir EMI.

• Víctima

La víctima se refiere al humano o sistemas dañados por EMI, incluyendo componentes, equipos, subsistema o sistemas que sufren degradación de rendimiento o fallo.