Tecnología PCBA - Sobre la puesta a tierra y el cableado de tensión en el diseño de PCB

Puntos principales:

· comprender el cableado de tierra y voltaje en el diseño y diseño de placas de circuito impreso

· mejores prácticas para lograr fuentes de alimentación y planos de tierra en el diseño de PCB

Es fácil insertar el cable de alimentación en una toma en la pared o encender el interruptor de la luz. Puede pensar que también es fácil conectar los componentes de la placa de circuito impreso a una fuente de alimentación o a tierra. Sinceramente, el diseño de PCB solía ser así. En placas donde la integridad de la señal y la fuente de alimentación no es muy importante, se pueden colocar agujeros en la fuente de alimentación o en el plano de tierra y luego ignorarlos.

Sin embargo, de acuerdo con los requisitos de diseño de los productos electrónicos actuales, la gestión de la red de distribución tiene muchas cosas, no solo agregar algunos agujeros en el diseño. Es necesario tener en cuenta el impacto del pdn en el resto de la placa de circuito, al tiempo que se asegura de que el dispositivo pueda usar la fuente de alimentación adecuada y la red de tierra. Esto requiere algunas habilidades en la conexión a tierra y voltaje de la placa de circuito, y aquí ofrecemos algunas ideas útiles.

Cableado de tierra y tensión en placas de circuito impreso

Aunque las placas multicapa densas de hoy se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos avanzados, todavía se necesitan placas dobles baratas. Para dispositivos que no requieren muchos circuitos (como juguetes u otros bienes de consumo simples), las tablas de doble capa siguen siendo la primera opción para reducir el tiempo y el costo de fabricación. Sin embargo, al mismo tiempo, el rendimiento de estos dispositivos electrónicos sigue mejorando, lo que requiere más esfuerzos en el diseño de la red de suministro de energía de la placa de circuito.

Solo se necesitan dos capas para usar y no hay capas internas disponibles para el plano de alimentación y el plano de tierra, por lo que la fuente de alimentación debe ser cableada. Se recomienda que en la mayoría de las aplicaciones, los diseñadores utilicen el ancho de pista lo más pequeño posible y todavía se pueda fabricar a bajo precio. Normalmente, esto termina generando 6 millones de señales y 20 millones de potencia. Recuerde que el ancho del rastro de potencia es proporcional a la corriente. si la corriente aumenta, el ancho del rastro aumentará y viceversa.

Al cableado, el cableado de señal y energía debe colocarse en la parte superior, y la ruta de retorno debe mantenerse en la parte inferior. La forma más simple es dedicar la parte inferior al plano sólido de la tierra. Es posible que finalmente tenga que usar algún fondo para el enrutamiento de la señal, pero si quiere asegurarse de mantener un camino claro para el retorno de la señal.

El cableado de voltaje y señal debe planificarse cuidadosamente.

El uso del suelo inferior también puede ayudarle a resolver problemas de ruido y otros problemas de integridad de la señal, pero también ocupará mucho espacio. Por lo tanto, es importante planificar cuidadosamente el cableado de la fuente de alimentación de alto nivel para garantizar una distribución uniforme de la fuente de alimentación.

Si el pin SMT está conectado a una fuente de alimentación o a tierra con una gran área de metal, puede causar un desequilibrio térmico entre el pin SMT y el pin con menos metal. En piezas pequeñas y discretas con dos patas, este desequilibrio puede provocar una situación llamada "choque de lápidas". Esto se debe a que la velocidad de retorno de la soldadura en un PIN es más rápida que en el otro, y la pieza se tira hacia arriba y lejos del otro.

Al conectar un pin SMT discreto al cableado de tierra o voltaje, es mejor utilizar un ancho de pista lo suficientemente ancho como para satisfacer las necesidades de corriente para proporcionar disipación de calor. Esto ayudará a mantener el equilibrio térmico entre los dos Pines del dispositivo.

Otro problema con las piezas pequeñas y discretas es colocar los pines en grandes áreas de metal. Aunque ofrece el mejor rendimiento eléctrico, también actúa como un enorme disipador de calor que genera un gran desequilibrio térmico con otro pin. La mejor práctica para satisfacer las necesidades de diseño eléctrico y fabricación de PCB es conectar el pin SMT a múltiples rastros o "conexiones". esto proporciona la disipación de calor necesaria para soldar al Pin smt.

Pin a través del agujero:

La conexión del pin del agujero a la fuente de alimentación y el rastro de tierra suele ser la misma que cualquier otro rastro, y es necesario conectarse directamente desde el rastro a la almohadilla del pin. Si el rastro es más ancho que el soldador o tiene un área de relleno metálico (como la fuente de alimentación o el plano de tierra), es necesario usar el soldador térmico, como se muestra en la siguiente imagen.

Estos radiadores pueden proporcionar una cantidad suficiente de metal para conducir la corriente eléctrica, pero reducirán el calor que el plano metálico extrae del pin. Con herramientas de diseño de PCB como Cadence allegro, puede controlar el ancho de la correa del cable y la distancia entre las almohadillas térmicas, proporcionando suficiente metal para las almohadillas térmicas para satisfacer sus necesidades.

Disipador de calor con pin de agujero en el plano de tierra

Ventajas y desventajas de la fuente de alimentación y el plano de tierra

Si se quiere diseñar una placa de circuito multicapa, es posible que sea necesario configurar la pila de placas para una fuente de alimentación especial y un plano de tierra. La gran ventaja de usar un avión es que proporciona una forma sencilla de conectar componentes a la fuente de alimentación y al suelo sin necesidad de un amplio rastreo y cableado como en una placa de doble capa. El uso del plano del suelo en el diseño también puede traerle muchos otros beneficios, incluyendo:

Ruta de retorno: la señal se transmitirá de su origen al destino, y luego es necesario volver a su origen. Si no hay una ruta de retorno clara, generan mucho ruido al suspenderse, lo que puede afectar a otros circuitos. El horizonte proporcionará esta simple ruta de retorno.

· blindaje: la formación de tierra ayudará a proteger los circuitos sensibles de interferencias electromagnéticas externas (emi) y evitará que el EMI generado internamente afecte a otros equipos. Además, el uso en el diseño de planos de tierra entre capas de señal activa ayudará a reducir la posibilidad de acoplamiento de borde ancho o conversación cruzada entre capas.

· reducir el ruido: cuando el circuito digital cambia de estado, genera pulsos de ruido a través del Circuito de tierra, lo que puede causar un cambio incorrecto en otros circuitos. La gran superficie del plano de tierra ayudará a reducir el impacto, ya que su resistencia es inferior a la del cable de tierra que atraviesa el rastro.

· disipación de calor: el plano de tierra también proporciona un buen disipador de calor para los componentes que funcionan en caliente. Al conectar estos componentes con agujeros al plano de tierra a través de la placa de circuito, el calor se puede distribuir uniformemente en la placa de circuito.

· por otro lado, hay que tener en cuenta algunas deficiencias al utilizar aviones propulsados y aviones terrestres. El plano aumentará el número de capas de la placa, lo que aumentará los costos de fabricación. Las diferentes áreas del circuito (como digital y analógico) deben gestionarse cuidadosamente para que el ruido de un circuito no afecte negativamente a otro. Además, se debe tener especial cuidado al usar aviones divididos para acomodar múltiples fuentes de alimentación o redes de tierra. Esto es especialmente importante para la ruta de retorno de la señal, ya que el plano de separación puede destruir o bloquear inadvertidamente la ruta que debería haber sido sin obstáculos.

Sin embargo, todos estos problemas forman parte del proceso de diseño de pcb, que se puede resolver hábilmente utilizando herramientas avanzadas de diseño de pcb.