Los principales errores de diseño de PCB explicados: Análisis completo

El PCB (Placa de Circuito Impreso) es un núcleo en los productos electrónicos que se aplica en casi todos los electrodomésticos de diferentes campos, desde pequeños hasta grandes, desde computadoras, telecomunicaciones hasta hardware militar. Simplemente hablando, el PCB juega un papel significativo en la implementación de funciones de productos electrónicos.

Sin embargo, nunca es una tarea fácil diseñar una placa de circuito y muchas asociaciones, entre capas, componentes o circuitos, deben tratarse adecuadamente. Un diseño mal pensado posiblemente traerá fallos o incluso catástrofes cuando funciona dentro de un sistema electrónico. A pesar del atributo de dificultad del diseño de PCB en sí mismo, algunos problemas que comúnmente ocurren pueden resumirse para que todos los diseñadores de PCB puedan ser conscientes de ellos de antemano y aprender a tratarlos antes de la fase de fabricación de PCB.

NOTA: Este artículo discute problemas y soluciones de diseño de PCB basados en la participación del software Altium Designer.

Problemas de diseño de PCB en el Esquemático

Problema #1: Según el informe ERC, no hay señal de acceso en los pines.
Análisis:
a. I/O debe definirse en los pines al establecer el encapsulado;
b. Al establecer o colocar componentes, el atributo de inconformidad puede modificarse de modo que los pines y líneas queden sueltos;
c. Al establecer componentes, el pin sufre de dirección inversa.

Problema #2: Los componentes están más allá del papel.
Análisis: Los archivos no se crean en el centro del papel de la biblioteca de componentes.

Problema #3: La netlist del archivo de ingeniería creado solo puede acceder parcialmente a la PCB.
Análisis: El elemento "global" no se selecciona al generar la netlist.

Problema #4: Los componentes no pueden rotarse.
Análisis: El método de entrada debe cambiarse.

Problemas de diseño de PCB en el PCB

Problema #1: En el proceso de carga de red, se informa que NODE no ocurre.
Análisis:
a. Los componentes en el esquemático posiblemente aprovechan el encapsulado que no está disponible en la biblioteca de componentes;
b. Los componentes en el esquemático usan encapsulados que son incompatibles con los usados en la biblioteca de componentes;

Problema #2: El informe DRC muestra que la red está dividida en un par de secciones.
Análisis: Este problema demuestra que esta red no está conectada y COBRE CONECTADO puede usarse para recorrer el archivo.

Problema #3: En el proceso de operación, la pantalla azul debe usarse lo menos posible.
Análisis: Los archivos pueden exportarse muchas veces para generar un nuevo archivo DDR y así reducir el tamaño del archivo. El auto-ruteo no se sugiere cuando se diseña PCB compleja.

El ruteo es un paso bastante significativo en el diseño de PCB y todos los pasos antes de él son todas sus preparaciones. Cuando se trata de diseño de PCB, el ruteo requiere la mayor exigencia. El ruteo de PCB se puede clasificar en ruteo de una cara, ruteo de dos caras y ruteo de múltiples caras. Hay dos métodos de ruteo disponibles: auto-ruteo y ruteo interactivo. Antes del auto-ruteo, el ruteo interactivo puede usarse para sistemas relativamente complejos por adelantado. Los laterales en terminales de entrada y salida deben evitar ser paralelos entre sí para que la interferencia RF no pueda generarse. Las líneas de tierra deben agregarse cuando sea necesario y el ruteo en dos capas adyacentes debe ser vertical entre sí. Las líneas paralelas tienden a generar acoplamiento parásito. La tasa de ruteo del auto-ruteo depende de un layout bien pensado y las reglas de ruteo pueden establecerse por adelantado. Generalmente, el ruteo basado en consultas puede realizarse primero y la ruta de ruteo debe optimizarse en general. Las líneas ruteadas se cerrarán luego y se implementará el re-ruteo para mejorar el efecto general. En cuanto al diseño para PCB densa en componentes, los agujeros pasantes por sí solos apenas pueden contar con muchos canales de ruteo desperdiciados. Por lo tanto, se ha creado la tecnología de vías ciegas y enterradas. No solo funcionan como agujeros pasantes, sino que también ahorran muchos canales de ruteo. Como resultado, el ruteo puede ser más fácil, suave y mejor.

Problemas de diseño de PCB en interferencia y sus soluciones

La interferencia siempre ocurre en equipos electrónicos en el proceso de depuración y aplicación, lo que deriva de un buen número de causas. Entre todas las causas, el ruteo irracional y la colocación inadecuada de componentes traen la mayor interferencia aparte de la interferencia resultante del entorno. La interferencia posiblemente llevará a los equipos eléctricos a no poder funcionar normalmente o incluso a fallar. Por lo tanto, la posible interferencia debe restringirse en la fase de diseño de PCB.

Problema #1: Generación y control de interferencia de línea de tierra.

Análisis y Soluciones:

Si las líneas de tierra indican potencial cero, la diferencia de potencial relativa de cada punto de tierra en todo el circuito también debería ser cero. Sin embargo, es casi imposible asegurar que la diferencia de potencial sea absolutamente cero y una pequeña diferencia de potencial posiblemente resultará en señales de interferencia que afecten el funcionamiento normal de todo el circuito después de ser amplificadas a través del circuito amplificador.

Para restringir la interferencia, se pueden usar los siguientes métodos: a. se deben seguir las directrices correctas de puesta a tierra; b. las líneas de tierra digitales deben separarse de las líneas de tierra analógicas; c. las líneas de tierra deben engrosarse tanto como sea posible; d. la puesta a tierra debe recubrirse tanto como sea posible.

Problema #2: Interferencia de potencia y restricción.

Análisis y Soluciones: La interferencia de potencia quizás derive de un diseño esquemático irracional, ruteo o layout. Por lo tanto, el bucle AC-DC no puede conectarse entre sí durante el ruteo y las líneas de tierra no deben correr en paralelo con el bucle grande. Además, las líneas de potencia y líneas de señal no deben estar demasiado cerca entre sí y nunca pueden ser paralelas. Cuando sea necesario, se pueden agregar filtros entre el terminal de salida de potencia y el aparato.

Problema #3: EMI (Interferencia Electromagnética) y su restricción.

Dado que los componentes están densamente colocados, si se implementa un diseño irracional, la EMI se despertará, como interferencia de parámetros de distribución y EMI de componentes. Se deben tomar medidas correspondientes para vencer diferentes interferencias.

Análisis y Soluciones:

a. Acoplamiento parásito entre circuitos impresos. El efecto del parámetro de distribución entre dos cables paralelos con corta distancia es equivalente al de inductancia y capacitancia que se acoplan recíprocamente. Las señales fluyen a través de un cable mientras que las señales inductivas son generadas por el otro cable. Así, las líneas de señal nunca pueden diseñarse para ser paralelas entre sí durante el diseño de PCB o se pueden usar líneas de blindaje para restringir señales de interferencia débiles y detener la interferencia.

b. Interferencia entre partes magnéticas. Los altavoces y electroimanes producen un campo magnético constante mientras que los transformadores de alto voltaje y relés producen un campo magnético alterno. Ambos campos magnéticos traen interferencia a componentes periféricos y líneas de impresión y las medidas de restricción correspondientes pueden hacerse basadas en diferentes situaciones:
• Se debe reducir el corte en líneas impresas provocado por líneas magnéticas.
• Las posiciones de dos partes magnéticas deben mantenerse verticales entre sí a lo largo de dos direcciones magnéticas diferentes para reducir el acoplamiento entre dos partes.
• La fuente de interferencia debe recibir blindaje magnético y la cubierta de blindaje debe estar bien conectada a tierra.

Problema #4: Interferencia térmica y restricción.

Análisis y Soluciones: Cuando los aparatos de alta potencia están funcionando, generalmente presentan una temperatura tan alta que las fuentes de calor están disponibles en el circuito, trayendo interferencia al circuito impreso. Por lo tanto, los componentes sensibles a la temperatura deben colocarse lejos de las partes generadoras de calor durante el diseño de layout de PCB y las fuentes de calor deben colocarse en el aire fuera de la placa para detener el calor generado de transferirse o que se genere disipación térmica. Si es necesario, se debe equipar una hoja de disipación térmica.

Este artículo solo cubre los problemas más comunes que usualmente encontramos en el diseño de PCB y sus soluciones. De hecho, se espera que más problemas sean descubiertos en su experiencia práctica de diseño.

Recursos útiles
• Cómo diseñar PCBs de alta calidad
• Las Reglas Clave de Diseño de PCB que Debe Conocer
• Una Guía del Esquemático al Diseño PCB Basado en Altium Designer
• Cómo Vencer la Interferencia en el Diseño de PCB
• Métodos para Fortalecer la Capacidad Anti-Interferencia en el Diseño de PCB