Diseño de PCB y Software CAD: Conoce lo que rige tus diseños

De vez en cuando, la frase "estado de derecho" se convierte en parte de las conversaciones sobre cómo gobiernan los países. Remontándonos al siglo XIII con la Carta Magna, el "estado de derecho" habla sobre el desarrollo de sociedades pacíficas y equitativas, y la necesidad de derechos humanos básicos. Las personas que viven bajo el "estado de derecho" disfrutan de

• Igualdad ante la ley
• La transparencia de la ley
• Un poder judicial independiente y
• Acceso a remedios legales.

Sin normas de gobernanza, seríamos testigos de la falta de consistencia que conduce al caos. Lo mismo se aplica al diseño de PCBs. Sin una base sólida de reglas eléctricas y de diseño, el frenesí de señales digitales y analógicas operando a diferentes frecuencias se convertiría en ruido. Un mundo lleno de circuitos ruidosos parecería menos agradable cuando los lavavajillas inteligentes en 9 de cada 10 hogares irradian señales detectadas por satélites espía.

Cuando usamos software CAD para diseñar PCBs, las reglas eléctricas gobiernan el proceso de diseño del tablero. Por ejemplo, después de colocar tus componentes, necesitarás trazar la alimentación, tierra y las pistas de señal de manera que las pistas coincidan con el esquemático y para asegurar que el diseño observe las reglas de integridad de señal, RF y EMC.

Hay electricidad en el aire

Aunque hay algunas reglas que son evidentes en general, puede que no sean tan aplicables para el diseño de tus PCBs seguir un límite de velocidad mientras estás alrededor de tu computadora. Las reglas eléctricas comunes para PCBs incluyen:

• Distancia de separación
• Cortocircuitos
• Red no enrutada
• Pin no conectado
• Polígono no vertido

Distancia de separación: Sin la distancia correcta entre las pistas de PCB, puede ocurrir un arco eléctrico. La distancia de separación define la cantidad mínima de espacio permitido entre cualquier dos objetos en una capa de cobre. En los Estados Unidos, la norma UL 60950-1 proporciona el espaciado mínimo permitido para PCBs en equipos de tecnología de la información alimentados por batería y por corriente alterna. Las tablas dentro de la documentación estándar especifican las distancias de separación para las pistas en términos de voltaje de trabajo, grado de contaminación, el grupo de material de PCB, y el recubrimiento.

Circuitos Cortos: Aumentar la densidad de componentes en un diseño de PCB establece el ambiente para un cortocircuito. A menudo, los diseños intentan contrarrestar los problemas de densidad utilizando almohadillas de componentes más pequeñas. Sin embargo, la estrecha distancia entre las almohadillas más pequeñas puede permitir que se formen puentes de soldadura. El uso de almohadillas más pequeñas también conduce a problemas con el enrutamiento de pistas que, a su vez, aglomera las conexiones y afecta las uniones de soldadura. Cualquiera de estas condiciones puede crear el ambiente para un cortocircuito.

Hay una serie de leyes importantes que el voltaje y la corriente deben seguir.

Red Sin Conectar: Después de crear el contorno de la placa, el proceso de diseño de PCB avanza hacia la colocación de partes y la configuración de huellas para los dispositivos de diseño. Los pines de cada parte colocada necesitan conectarse antes de que podamos considerar el diseño como completo. Nuestras herramientas de diseño de PCB representan cada conexión entre partes con un alambre.

Una red incluye toda la cadena de puntos, tierras de componentes y vías desde el primer punto de origen hasta el último punto de origen. Las diferentes redes tienen anchuras variadas debido a la necesidad de transportar diferentes cantidades de corriente.

La red sirve como una guía de diseño que nos indica que dos pines deben conectarse. Con la red establecida, la siguiente etapa del diseño de la placa implica el enrutamiento de las conexiones de red entre las partes. El proceso de enrutamiento convierte las conexiones de red en trazas de cobre que conectan físicamente las partes en el prototipo de PCB.

Una red enrutada tiene todos los pads de componentes conectados a través de pistas, arcos, pads, vías y polígonos. Una red no enrutada representa conexiones malas, pobres o incompletas dentro de la red. Una pista que solo toca ligeramente una vía causará un error de red no enrutada.

Pin Desconectado:La regla del pin desconectado añade redundancia a la verificación general de conexiones malas o incompletas. Un pin desconectado no tiene una red asignada ni pistas conectadas. Al diseñar su PCB, verifique la existencia de pines desconectados a nivel esquemático. Si el diseño deja intencionalmente el pin desconectado, marque el pin como “No ERC”.

Polígono Sin Verter: Los vertidos de polígonos equilibran simétricamente la distribución de cobre en PCBs multicapa. Como resultado, la placa se vuelve menos propensa a deformarse, inclinarse y torcerse durante el proceso de fabricación. Un buen equilibrio de cobre tiene trazas uniformemente distribuidas dentro de cada capa a través de la PCB. Llenar áreas abiertas con cobre contrarresta el cobre en la capa opuesta y proporciona simetría.

Cuando la distribución del cobre se vuelve asimétrica, las cargas térmicas causadas por el nivelado de aire caliente, la soldadura por ola o el desarrollo de calor en el reflujo pueden causar deformaciones en la PCB. Una placa arqueada se deforma esféricamente con las cuatro esquinas de la placa en un solo plano. Las placas torcidas se deforman diagonalmente y causan que una de las esquinas de la PCB quede fuera del plano de las tres esquinas restantes.

Asegúrate de tener la simetría adecuada y necesaria para cumplir con los requisitos de diseño

Las Comprobaciones de Reglas Eléctricas Unifican Todo

El software de CAD para PCB utiliza una Comprobación de Regla Eléctrica (ERC) para verificar la precisión del esquemático y para asegurar que tu diseño cumpla con cualquier restricción establecida. Detectar una violación de la regla en el esquemático te permite corregir el error antes de que el proceso pase del esquemático al diseño de la placa. Por ejemplo, la Comprobación de Regla Eléctrica para cortocircuitos prueba si hay un corto entre objetos ubicados en las capas de señal y de plano.

Con un software CAD para PCB fuerte, puedes tener la flexibilidad de asociar el nivel de reporte de ERC con buses, símbolos de código, componentes, arneses, redes y parámetros. Debido a esta flexibilidad, puedes verificar anchuras de brechas, anchuras de trazas y el enrutamiento de cada señal. Para estas capacidades de software, mira Altium Designer.

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