Consejos esenciales para el diseño de PCB con los que todo diseñador debería estar familiarizado

Los ingenieros suelen priorizar los circuitos, la selección de componentes y la programación como aspectos cruciales de los proyectos electrónicos. Sin embargo, es crucial reconocer la importancia del diseño de PCB como un componente integral para el éxito del diseño.

Una mala disposición de la PCB puede causar problemas funcionales y de confiabilidad. Este artículo ofrece sugerencias prácticas para el diseño de PCB para garantizar un rendimiento preciso y confiable de sus proyectos.

Seleccionar dimensiones de traza

Minimizar los tamaños de bucle

Para obtener mejores resultados en aplicaciones de alta frecuencia, mantenga los bucles lo más compactos posible para minimizar la inductancia y la resistencia. Además, situar los bucles sobre un plano de tierra ayuda a reducir aún más la inductancia.

El uso de bucles más pequeños ayuda a reducir el voltaje de alta frecuencia. También reduce la cantidad de señales que se acoplan inductivamente al nodo desde fuentes externas o se transmiten desde él.

Este enfoque es óptimo, excepto en los casos que involucran el diseño de antenas. Además, para evitar que se introduzca ruido no deseado en el circuito, es esencial mantener pequeños bucles en los circuitos de amplificador operacional.

Colocación de condensadores de desacoplamiento

Para mejorar la eficiencia del desacoplamiento, coloque los condensadores de desacoplamiento muy cerca de las clavijas de alimentación y tierra de los circuitos integrados. Introducir una distancia adicional puede provocar que se introduzca una inductancia parásita.

Conexiones Kelvin

La detección de cuatro terminales, también conocida como detección Kelvin, es una técnica inventada por William Thomson, Lord Kelvin, en 1861 para medir resistencias muy bajas con gran precisión. Cada conjunto de conexiones de dos hilos se denomina conexión Kelvin.

El uso de conexiones Kelvin mejora la precisión de la medición al establecer conexiones en puntos precisos para minimizar la resistencia parásita y la inductancia.

Cuando se trata de una resistencia de detección de corriente, es vital colocar las conexiones Kelvin directamente en las almohadillas de la resistencia en lugar de un punto arbitrario en las pistas para garantizar la máxima precisión.

Al crear un esquema, puede parecer que conectarse a las almohadillas de resistencia o a un punto aleatorio es lo mismo. Sin embargo, las trazas reales exhiben inductancia y resistencia, lo que hace que las conexiones Kelvin sean cruciales para mediciones precisas. Evitar estas conexiones podría causar imprecisiones en sus lecturas.

Separe las trazas digitales y ruidosas de las analógicas

Cuando los conductores o las pistas discurren paralelos entre sí, se crea un efecto capacitivo. Estas trazas pueden acoplarse e interferir entre sí, especialmente en frecuencias más altas. Es importante separar las trazas ruidosas y de alta frecuencia de aquellas en las que es necesario minimizar la interferencia de ruido.

La tierra no es tierra

Aunque la tierra sirve como conductor, es importante tener en cuenta que no es ideal. Asegúrese de separar los terrenos ruidosos de las señales que requieren niveles de ruido bajos. Asegúrese de que las vías de tierra tengan el tamaño adecuado para manejar las corrientes esperadas. El uso de un plano de tierra directamente debajo de las trazas de señal reduce la impedancia, lo cual es muy beneficioso.

Óptimo en tamaño y cantidad

Las vías tienen tanto inductancia como resistencia. Si está enrutando una traza en todos los ámbitos y desea lograr una inductancia baja o una resistencia baja, considere usar múltiples vías. Las vías más grandes proporcionan una menor resistencia, lo que es especialmente beneficioso para condensadores de filtro de conexión a tierra y nodos de alta corriente.

Utilice PCB como disipador de calor

Rodee los componentes de montaje en superficie con cobre adicional para aumentar el área de superficie y lograr una disipación de calor más eficiente. Ciertas hojas de datos de componentes, particularmente aquellas para diodos de potencia, MOSFET de potencia o reguladores de voltaje, pueden contener recomendaciones para usar la superficie de PCB como disipador de calor.

Vías Térmicas

Las vías sirven como conductos para la transferencia de calor a través de una PCB, lo que resulta especialmente beneficioso cuando la PCB está montada en un disipador de calor en un chasis para proporcionar una disipación de calor adicional. Las vías más grandes son más efectivas para transferir calor que las más pequeñas.

Usar múltiples vías para la transferencia de calor es más eficiente que depender de una sola vía. Esto conduce a temperaturas de funcionamiento más bajas para los componentes, lo que en última instancia mejora la confiabilidad general.

Alivio Térmico

El alivio térmico implica la creación de pequeñas conexiones entre una traza o relleno y un pin de componente para facilitar la soldadura. Estas conexiones reducidas se mantienen cortas intencionalmente para minimizar su impacto en la resistencia eléctrica.

Omitir el alivio térmico en las clavijas de los componentes puede generar una temperatura de funcionamiento ligeramente más baja debido a una mayor conexión térmica con trazas o rellenos que pueden disipar el calor de manera efectiva. Sin embargo, también puede dificultar la soldadura y desoldadura.

Distancia entre pistas y orificios de montaje

Deje un espacio entre las pistas o almohadillas de cobre y los orificios de montaje para reducir posibles riesgos de descarga eléctrica. Recuerde que es posible que la máscara de soldadura no proporcione un aislamiento confiable, así que asegúrese de que haya un espacio adecuado entre el cobre y cualquier hardware de montaje.

Componentes sensibles al calor

Mantenga la separación entre los componentes sensibles al calor, como termopares y condensadores electrolíticos, y otros componentes generadores de calor.

Colocar los termopares demasiado cerca de fuentes de calor puede provocar imprecisiones en la medición de la temperatura. Colocar condensadores electrolíticos muy cerca de componentes generadores de calor puede reducir la vida útil operativa.

Los componentes que producen calor incluyen puentes rectificadores, diodos, MOSFET, inductores y resistencias, y el nivel de calor generado depende de la corriente que pasa a través de los componentes.

Conclusión

Este artículo proporciona consejos prácticos para el diseño de PCB, básicos pero críticos, que pueden mejorar significativamente la funcionalidad y confiabilidad de su diseño.

Recordemos estos puntos.