Creando un plano de tierra para el diseño de tu PCB

Solía ​​ser que las placas de circuito impreso parecían tener la misma configuración de capa básica, o al menos esa es la forma en que lo recuerdo. Esto significaba que normalmente eran tableros multicapa de seis capas, con un plano de tierra y un plano de VCC. Los antiguos sistemas CAD no tenían la capacidad de hacer mucho con los planos de potencia, excepto para designar capas como un plano negativo. Lo máximo que veías en ellos era una "X" donde se suponía que había una conexión para un pin de agujero pasante o mediante una conexión a ese plano.

Afortunadamente todo esto cambió hace mucho tiempo. Ahora, en lugar de estar controlado por las limitaciones de los sistemas CAD más antiguos, puedes manejar las herramientas de diseño para crear las capas planas de la forma que desees. Tienes la opción de crear un plano de tierra que sea un relleno de cobre positivo o un plano negativo según tus necesidades. Cualquier sistema CAD puede hacer esto, pero algunos lo hacen mejor que otros. Toma Altium Designer^® por ejemplo. Este sistema de diseño de PCB hace un gran trabajo al permitirte crear los planos que necesitas. Déjame enseñarte cómo.

Asegúrate de que tus Redes Esquemáticas son Correctas

Antes de crear tus planos de tierra o voltaje en el diseño, querrás asegurarte de que tu esquema está configurado correctamente. Esto significa que has asignado los nombres de red correctos para que todos tus planos de potencia y de referencia se puedan crear correctamente en el diseño. En el editor de esquemas de Altium Designer, puedes asignar un nombre de red a una red como se ve en el lado izquierdo de la imagen a continuación, o conectar un puerto de alimentación a la red como se ve en el lado derecho.

_{Nombrando Redes Esquemáticas antes de crear planos de tierra en Altium Designer}

La ventaja del puerto de alimentación es que se conectará en todas las hojas de tu esquema sin tener que añadir un conector de hoja externa a una red nombrada. Una vez que tus redes tienen el nombre correcto, estás listo para sincronizar tu esquema con el diseño y comenzar a trabajar con tu potencia y planos de tierra. 

Uso de un Plano Interno para Crear un Plano de Tierra de PCB

En Altium Designer puedes crear tus planos de tierra como plano negativo (Interno) o como plano positivo (Vertido de Polígono). Primero veremos el proceso de creación de un plano negativo o "interno".

Lo primero que debes hacer al crear un plano interno es agregar una capa de diseño específicamente para el plano de tierra. En la imagen de abajo puedes ver que se agregaron dos capas como planos internos en el administrador de pila de capas, que se encuentra en el menú desplegable "Diseño". Han sido denominados "GND" y "PWR" respectivamente y ocupan las capas dos y tres. Estas dos capas de plano interno también tienen un valor de "Retroceso" asignado que mantendrá sus bordes a 20 mils de distancia del borde del tablero.

_{Creando capas de plano de tierra interno usando el Administrador de Pila de Capas de Altium Designer}

Lo siguiente que debes hacer es asignar el tamaño correcto para los pads de alivio térmico y los espacios que desees en las capas planas. Para hacer esto, abriremos las reglas de diseño en Altium Designer que también se encuentran en el menú desplegable "Diseño". Como puedes ver en la imagen a continuación, tienes la capacidad de especificar la expansión, el espacio de aire y el ancho del conductor de un pad de alivio térmico. También puedes especificar el tipo de conexión que deseas. En el ejemplo a continuación, puedes ver cómo se establece la conexión del pad para un alivio térmico mientras que la conexión vía se establece como una conexión directa (sólida) al plano.

_{Configuración de pads de alivio térmico en las reglas de diseño de Altium Designer para crear un plano de tierra interno}

El menú de arriba también te da la posibilidad de establecer otros valores para tus planos. Observa en el lado izquierdo de la imagen que además del estilo de conexión del plano, también hay categorías para los espacios libres del plano y los estilos de conexión de polígonos.

Una vez que hayas configurado todo, estarás listo para asignar el nombre de red a la capa del plano interno. En el lado izquierdo de la imagen a continuación, ten en cuenta que los pasadores y las vías aún no tienen conexiones visibles con el plano de potencia. Esto se debe a que el nombre de red no ha sido asignado. También puedes ver en el lado izquierdo del menú de conexión que aparece cuando haces doble clic en esa capa dentro de la sesión de diseño. Este mismo menú se usa para nombrar planos simples y partidos.

_{Asignando el nombre de la red a la capa del plano de tierra interno}

En el menú desplegable en el lado izquierdo de la imagen de arriba, hemos seleccionado "GND" como el nombre de red que queremos para este plano interno. De esta manera, coincidirá con la red GND de los pasadores que puedes ver en la imagen. Una vez que hemos realizado esta asignación, las vías están conectadas directamente al plano y los pasadores tienen conexiones de pads térmicos, como se puede ver en el lado derecho de la imagen. Recuerda que este es un plano negativo, por lo que el metal de los radios térmicos y el área del plano están representados por el color más oscuro.

Uso de un Polígono para Crear un Plano de Tierra

Ahora crearemos un plano positivo o un "Vertido de Polígono". En el lado izquierdo de la imagen de abajo, puedes ver que esta capa de señal no tiene ningún metal aún. Para crear el vertido de polígonos, puedes usar el comando desplegable del menú desplegable "Colocar> Vertido de Polígono", o puedes hacer clic en el icono de polígono en la barra activa en la parte superior de la ventana de la sesión.

_{Creando un plano de tierra positivo o vertido de polígono en Altium Designer}

Mientras estés en el modo de vertido de polígonos, harás clic donde desees colocar un vértice del plano que estás creando. Si cometes un error, simplemente usa la tecla de retroceso para eliminar el último vértice colocado. Una vez que hayas terminado, haz clic con el botón derecho en el espacio de trabajo para salir del modo de vertido de polígonos. Como en el lado derecho de la imagen de arriba, verás que el plano que has creado asume el color de la capa en la que estás trabajando. Sin embargo, notarás que todavía no hay conexiones a los pasadores y vías.

A continuación, selecciona el plano que acabas de crear y dirígete al panel de propiedades. Como puedes ver en la imagen de abajo, tendrás una lista de redes a elegir para asignar a este plano. Como puedes observar, hemos seleccionado la red GND.x

_{Asignando el nombre de la red al vertido de polígono o plano de tierra positivo}

Además de seleccionar la red, hay otras opciones y valores que puedes configurar en este panel para tu plano. Como puedes ver arriba, hay opciones para las islas de cobre, arcos y redes, así como para configurar tu plano como un vertido sólido o ideado.

Mientras el plano aún esté seleccionado, deberás volver a verter el plano para establecer una conexión con el nombre de red que acabas de asignarle. Para hacer esto, haz clic derecho en el plano seleccionado en la ventana de la sesión principal.

_{Volviendo a verter el polígono para conectar la red}

En la imagen de arriba, nuestro clic derecho ha abierto el menú "Acciones de Polígono" en nuestro plano seleccionado. Para conectar el plano a la red, seleccionaremos "Re-Vertido Seleccionado".

En este punto, el nombre de red está asociado con el vértice de polígono que creaste. En la siguiente imagen puedes ver que el metal que se muestra en rojo ahora está conectado directamente a las vías y con los radios de alivio térmico a los pines. Este plano de tierra en el diseño de tu PCB ahora está completo. 

_{Un polígono completado vierte el plano de tierra en Altium Designer}

Hay mucho más en Altium Designer para la creación de planos de potencia que lo que te mostramos aquí. Altium es tan potente como flexible, por lo que es uno de los mejores sistemas de software de diseño de PCB disponibles. Te proporcionará las herramientas que necesitas para manejar de manera experta los desafíos de diseño con los que estás trabajando hoy.