Enrutamiento y verificación avanzados de trazas de trazado de placas de circuito impreso de tierra y fuentes de alimentación con Altium Designer

Zachariah Peterson
|  Creado: May 20, 2020  |  Actualizado: November 14, 2020

Probablemente, la tarea más compleja del diseño de placas de circuito es el trazado de rutas. Además de conectar los componentes con precisión, también debe pasar por las vías para el diseño de placas de circuito impreso de varias capas, a la vez que se asegura de que las especificaciones de espacio y holgura cumplan con los requisitos de sus servicios de fabricación y ensamblaje de placas de circuito impreso. Y, para superar con éxito estos retos es necesario que incorpore una buena conexión a tierra y una buena distribución de la fuente de alimentación en su diseño de placas de circuito impreso.

ALTIUM DESIGNER

El paquete de software de diseño de placas de circuito impreso más avanzado y completo que simplifica el suministro de energía y el trazado de trazas de tierra.

Debido al uso generalizado de la electrónica digital y analógica en prácticamente todos los productos, es común tener fuentes de alimentación residentes en placas de circuitos impresos o placas de circuito impreso. Estos circuitos típicamente contienen convertidores DC-DC para bajar un voltaje de entrada a un nivel más bajo para alimentar transistores y circuitos integrados (ICs). También es común tener placas de circuito impreso que combinan diseño digital y analógico, así como circuitos electrónicos que requieren de un diseño de señal mixto que incluye componentes de alta frecuencia. Si su placa contiene un circuito de suministro de energía o necesita distribuir energía a sus componentes, entonces la aplicación de distribución de la fuente de alimentación de la tarjeta de circuito impreso es imprescindible para un funcionamiento seguro y fiable y para la fabricación de la tarjeta de circuito impreso.

¿Qué es una buena disposición de la fuente de alimentación de la placa de circuito impreso?

Una buena disposición de la placa de circuito impreso de suministro de energía es la distribución de la(s) señal(es) de su fuente de alimentación a todos los dispositivos requeridos a un nivel o dentro de un rango aceptable que permita la operación deseada. Todas las señales de potencia requieren un trayecto de retorno; por lo tanto, la distribución significa que también se deben suministrar trayectos adecuados a tierra. Para facilitar la fabricación de su placa, especialmente el ensamblaje de placas de circuito impreso, su potencia y las huellas de tierra deben adherirse a las tolerancias de diseño para la fabricación (DFM) del fabricante de placas de circuito impreso. Además, las fuentes de alimentación suelen ser dispositivos de alta potencia y su diseño debe incluir caminos de disipación de calor a las almohadillas térmicas, como se muestra en la Fig. 1 a continuación, para evitar el sobrecalentamiento durante la soldadura que podría dañar los componentes o la placa.

 

diseño de alivio térmico

 

Fig. 1 Creación de un alivio térmico

Diferentes tipos de señales requieren diferentes esquemas de trazado de rutas

Al diseñar el enrutamiento de la señal de potencia y de tierra para su placa, es importante seguir unas buenas pautas de enrutamiento de trazas que reconozcan la necesidad de aislar señales de diferentes tipos para mejorar la integridad de la señal. Esto debería reflejarse en la disposición de los componentes, lo que hará que el aislamiento de los esquemas de enrutamiento de trazas sea más sencillo.

Facilite el suministro de energía y el encaminamiento de la tierra con ActiveRoute de Altium Designer

Hay muchas consideraciones que un diseñador de placas de circuito impreso incorpora al añadir trazas; incluyendo anchos de trazas, longitudes de trazas, pesos de cobre y qué tipo de vías utilizar para los planos de señal, potencia y tierra. Cuando se añaden los requisitos de espacio libre y separación, los distintos niveles de suministro de energía, el procesamiento de señales mixtas y el enrutamiento de trazas para evitar obstáculos pueden parecer bastante desalentadores. Y sin el software de placas de circuito impreso adecuado, el enrutamiento puede ser un ejercicio largo y tedioso antes de que se realice un diseño de placas de circuito impreso aceptable que cumpla con los mandatos operativos y de fabricación.

La flexibilidad de ActiveRoute permite el enrutamiento de trazas de forma automática, manual e interactiva.

Para satisfacer las numerosas exigencias, a veces en conflicto, de la trazabilidad de las rutas, necesita una herramienta de enrutamiento que le libere de tener que hacer malabarismos con las limitaciones y recomendaciones que restringen sus rutas. Sin embargo, también necesita la flexibilidad para decidir prioridades de restricción y tomar las decisiones sobre las formas necesarias para enrutar alrededor de los objetos. Para la mayoría de los paquetes de diseño de software de placas de circuito impreso debe seleccionar entre manual, auto-routing o, como es el caso más frecuente, aplicarlos secuencialmente. Este método de enrutamiento lleva mucho tiempo y normalmente requiere una corrección de errores exhaustiva. La solución es Altium ActiveRoute, que le permite aprovechar interactivamente la consistencia de la automatización y la creatividad del enrutamiento manual.

 

opciones de forma de ruta

 

Fig. 2 Opciones de configuración de rutas en Altium Designer

Las herramientas avanzadas de Altium Designer verifican que el enrutamiento del diseño de la placa de circuito impreso cumple con los requisitos de rendimiento y fabricabilidad

La aprobación del verificador de reglas de diseño (DRC) es una buena indicación de que su diseño cumple con los requisitos para la fabricación de su placa y los servicios de ensamblaje de placas de circuito impreso, siempre y cuando se haya utilizado un buen diseño de fabricación de acuerdo con el fabricante contratado. Sin embargo, antes de enviar sus archivos de diseño hay revisiones adicionales de su fuente de alimentación y puesta a tierra que deben realizarse, incluyendo la inspección visual y el análisis térmico.

La inspección visual en 3D, el enrutamiento interactivo y el análisis de redes de distribución de energía son las herramientas que necesita para garantizar la mejor disposición de la fuente de alimentación y la conexión a tierra de la placa de circuito impreso.

La última etapa del diseño del trazado de las placas de circuito impreso es la verificación. Una parte de la verificación de su diseño que nunca debe pasarse por alto es la inspección visual. De hecho, es posible que el diseño de la placa de circuito impreso pueda superar todas las normas y limitaciones que ha establecido y no cumpla con otros requisitos, como la colocación de componentes u otros elementos debido a la carcasa, el montaje u otros problemas. Otro procedimiento de verificación importante es el análisis térmico. Con el Analizador de Red de Distribución de Energía (PDN) de Altium puede simular flujos de corriente a lo largo de sus trazas para identificar problemas de disipación térmica.

El diseño de su circuito impreso de puesta a tierra y suministro de energía requiere que no sólo siga unas buenas pautas de trazado que incorporen el aislamiento de los tipos de señales y descargas térmicas, sino que disponga de un completo paquete de diseño de circuito impreso con funcionalidades que le ayuden a reducir el tiempo de diseño y a evitar costes adicionales. La mejor solución es Altium Designer con ActiveRoute.

 

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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