Dicas essenciais de layout de PCB com as quais todo designer deve estar familiarizado

Os engenheiros geralmente priorizam circuitos, seleção de componentes e programação como aspectos cruciais dos projetos eletrônicos. No entanto, é crucial reconhecer a importância do layout da PCB como um componente integral para o sucesso do projeto.

O layout incorreto da PCB pode causar problemas funcionais e de confiabilidade. Este artigo oferece sugestões práticas de layout de PCB para garantir um desempenho preciso e confiável de seus projetos.

Selecionando Dimensões de Rastreamento

Minimize os tamanhos dos loops

Para obter melhores resultados em aplicações de alta frequência, mantenha os circuitos tão compactos quanto possível para minimizar a indutância e a resistência. Além disso, situar os loops acima de um plano de terra ajuda a reduzir ainda mais a indutância.

O uso de loops menores ajuda a reduzir a tensão de alta frequência. Também diminui o número de sinais que são acoplados indutivamente ao nó a partir de fontes externas ou transmitidos a partir dele.

Esta abordagem é ideal, exceto em casos que envolvam projeto de antena. Além disso, para evitar a introdução de ruídos indesejados no circuito, é essencial manter pequenos loops nos circuitos de amplificadores operacionais.

Colocação de capacitores de desacoplamento

Para melhorar a eficiência do desacoplamento, coloque os capacitores de desacoplamento próximos aos pinos de alimentação e aterramento dos circuitos integrados. A introdução de distância extra pode causar a introdução de indutância parasita.

Conexões Kelvin

A detecção de quatro terminais, também conhecida como detecção Kelvin, é uma técnica inventada por William Thomson, Lord Kelvin, em 1861 para medir resistências muito baixas com grande precisão. Cada conjunto de conexões de dois fios é chamado de conexão Kelvin.

O uso de conexões Kelvin melhora a precisão da medição, estabelecendo conexões em pontos precisos para minimizar a resistência e a indutância parasitas.

Ao lidar com um resistor de detecção de corrente, é vital posicionar as conexões Kelvin diretamente nas almofadas do resistor, em vez de um ponto arbitrário nos traços, para garantir a máxima precisão.

Ao criar um esquema, pode parecer que a conexão aos blocos do resistor ou a um ponto aleatório é a mesma. No entanto, os traços reais exibem indutância e resistência, tornando as conexões Kelvin cruciais para medições precisas. Evitar essas conexões pode causar imprecisões em suas leituras.

Separe os traços digitais e ruidosos dos traços analógicos

Quando condutores ou traços correm paralelos entre si, eles criam um efeito capacitivo. Esses traços podem ficar acoplados e interferir uns nos outros, especialmente em frequências mais altas. É importante separar os traços de alta frequência e ruidosos daqueles em que a interferência de ruído precisa ser minimizada.

Chão não é chão

Embora o aterramento sirva como condutor, é importante observar que não é o ideal. Certifique-se de separar os motivos ruidosos dos sinais que exigem baixos níveis de ruído. Certifique-se de que os trilhos de terra sejam dimensionados adequadamente para lidar com as correntes esperadas. Usar um plano de aterramento diretamente sob os traços de sinal reduz a impedância, o que é muito benéfico.

Ideal em tamanho e quantidade

Vias têm indutância e resistência. Se você estiver roteando um traço pela placa e quiser obter baixa indutância ou baixa resistência, considere usar múltiplas vias. Vias maiores fornecem menor resistência, o que é especialmente benéfico para capacitores de filtro de aterramento e nós de alta corrente.

Use PCB como dissipador de calor

Envolva os componentes de montagem em superfície com cobre adicional para aumentar a área de superfície e obter uma dissipação de calor mais eficiente. Certas fichas técnicas de componentes, particularmente aquelas para diodos de potência, MOSFETs de potência ou reguladores de tensão, podem conter recomendações para o uso da área de superfície da PCB como dissipador de calor.

Vias Térmicas

As vias servem como conduítes para transferência de calor através de uma PCB, o que é especialmente benéfico quando a PCB é montada em um dissipador de calor em um chassi para fornecer dissipação de calor adicional. As vias maiores são mais eficazes na transferência de calor do que as menores.

Usar múltiplas vias para transferência de calor é mais eficiente do que depender de uma única via. Isto leva a temperaturas operacionais mais baixas para os componentes, melhorando, em última análise, a confiabilidade geral.

Alívio Térmico

O alívio térmico envolve a criação de pequenas conexões entre um traço ou preenchimento e um pino de componente para facilitar a soldagem. Essas conexões reduzidas são mantidas curtas intencionalmente para minimizar seu impacto na resistência elétrica.

Deixar de lado o alívio térmico nos pinos dos componentes pode levar a uma temperatura operacional ligeiramente mais baixa devido ao aumento da conexão térmica com vestígios ou preenchimentos que podem dissipar o calor de forma eficaz. No entanto, também pode dificultar a soldagem e a dessolda.

Distância entre traços e furos de montagem

Deixe um espaço entre os trilhos ou almofadas de cobre e os orifícios de montagem para reduzir possíveis riscos de choque. Lembre-se de que a máscara de solda pode não fornecer um isolamento confiável, portanto, certifique-se de que haja espaço suficiente entre o cobre e qualquer equipamento de montagem.

Componentes sensíveis ao calor

Mantenha a separação entre componentes sensíveis ao calor, como termopares e capacitores eletrolíticos, e outros componentes geradores de calor.

Posicionar termopares muito próximos de fontes de calor pode resultar em imprecisões na medição de temperatura. Colocar capacitores eletrolíticos próximos a componentes geradores de calor pode levar a uma vida útil operacional mais curta.

Os componentes que produzem calor incluem retificadores de ponte, diodos, MOSFETs, indutores e resistores, com o nível de calor gerado dependendo da corrente que passa pelos componentes.

Conclusão

Este artigo forneceu dicas práticas básicas, mas críticas, de layout de PCB que podem melhorar significativamente a funcionalidade e a confiabilidade do seu projeto.

Vamos lembrar esses pontos.