El enrutamiento y la disposición correcta de PCB para ayudar a proteger su placa de ESD

Cuando empecé a correr, fui con una amiga que había participado en varias ultramaratones. Corría kilómetros desde su casa, hacía un pequeño circuito conmigo y luego seguía sin mí. Cuando logré velocidad, en vez de volver a casa antes, ella agrandaba nuestro circuito. Ella también era tramposa. Siempre planeaba una ruta que fuera aburrida para que yo volviera temprano, o por nuevos senderos para que me perdiera tratando de tomar un "atajo".

Como planificadora urbana, fue muy deliberada a la hora de elegir lo que quería en una ruta. Como ingeniero, yo quería algo muy diferente, generalmente, correr en el lugar correcto, pero entiendo su deliberación. Después de todo, ocurre lo mismo cuando diseño PCB. Quiero que mi enrutamiento logre algo muy específico en cuanto a costos y rendimiento. El enrutamiento es especialmente importante en la protección de ESD, y ayuda a mantener sus componentes a salvo de la EMI inducida de los eventos ESD.

Minimizar los bucles de circuito

Aunque nuestras rutas de correr eran habitualmente bucles de circuito, usted quiere hacer lo contrario en su PCB. Si puede minimizar los bucles de circuito, esto ayudará mucho a reducir el daño de los eventos de ESD que se propagan a través de su PCB. Esto se debe a que un bucle que encierra un flujo magnético cambiante experimentará una corriente inducida. Si ese flujo es una respuesta a un evento de ESD, la cantidad de corriente inducida que fluye inesperadamente en sus componentes puede causar algún daño bastante catastrófico.

A veces no hay otra opción, y su diseño requeriría un bucle. En ese caso, minimice el área del bucle. La magnitud de la corriente inducida será proporcional al tamaño del bucle.

Use planos de tierra

Al diseñar una PCB multicapa, definitivamente debe utilizar un plano de tierra. Los bucles más comunes que se forman en las PCB son los de alimentación a tierra. Esos bucles son tan omnipresentes que fácilmente pasan por alto.

Para los diseños que no pueden implementar un plano de tierra, se debe usar una cuadrícula de vias para conectar a la energía y a tierra. Básicamente, emula un plano de tierra con trazas. Se puede considerar que es una especie de enrejado, con conexiones eléctricas que se producen en puntos, a lo largo de una línea, y trazos de tierra que se conectan a lo largo de líneas ortogonales. Semtech tiene una ilustración muy agradable, y recomiendan conexiones cada 6 cm.

También recomiendan mantener la potencia y los trazos de tierra bien juntos. Sin embargo, esto puede provocar que se produzca un grabado en su placa, especialmente con la alimentación de CA.

Si usa un patrón de cuadrícula, similar a un enrejado, para conectarse a la energía y a tierra puede ayudar a minimizar los bucles de circuito en caso de que no pueda usar un plano de tierra.

Optimizar las rutas de enrutamiento

Además de minimizar los bucles, debería intentar eliminar los trazos que corren en paralelo entre sí. Esto es particularmente cierto en el caso de los trazos paralelos entre dispositivos interconectados. Los trazos paralelos pueden acoplarse  fácilmente entre sí. Si usted tiene una línea protegida por un TVS paralela a un trazo no protegido, los daños EMI pueden propagarse fácilmente  a través del sistema, a pesar del circuito de protección.

Un siguiente nivel de método de supresión de ESD es usar trazos de protección. Si simplemente no puede evitar el uso de un trazo de señal largo (Semtech considera que es de 30 cm o más), puede utilizar, en su lugar, un trazo de protección.  Un trazo de protección corre en paralelo a una señal de alta velocidad. Sé que acabo de decirles que eviten los rastros paralelos, pero un rastro de guardia es esencialmente sacrificable, ya que proporciona un camino de retorno que cancela gran parte del patrón de campo radiante. De este modo, "protege" los trazos cercanos de la intermodulación de su línea de señal.

Transponer longitud de trazo largo

Si está diseñando para aplicaciones de alta velocidad, probablemente sepa que debería mantener sus trazos  cortos. Querrá evitar la creación de antenas radiantes involuntarias en su PCB, o bucles lineales largos. Sin embargo, una vez más, es posible que el destino esté de su lado, y no habrá manera con una señal larga o una línea de corriente. Sin embargo, puede interrumpir esos bucles al transponer la señal y la línea a tierra. Ahora, tiene muchos bucles más pequeños, como usar cables de par trenzado, pero dentro de sus capas de PCB.

Transponer los trazos de PCB es como utilizar cables de par trenzado para reducir la EMI.

Ya sea que se trate de una carrera de entrenamiento o de trazos de PCB, la planificación anticipada de su enrutamiento merece el tiempo adicional. Mejorar la velocidad, el rendimiento y la protección no es fácil, pero los resultados se quedan con usted a largo plazo. Incluso si no tiene un amigo que le ayude a enrutar, hay excelentes herramientas que pueden ayudarle. Un software de diseño de PCB, como Altium Designer, proporciona un diseño unificado y un entorno esquemático que puede ayudarle a conseguir el diseño de PCB perfecto. ¡El soporte de Altium puede ayudarle a comenzar ahora!