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Las reglas de oro del diseño de placas de circuitos impresos

Jueves, 31 de Octubre de 2013 10:53 gm2
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Pese al creciente nivel de integración en los semiconductores, la disponibilidad inmediata de sistemas en chip para muchas aplicaciones y la disponibilidad progresiva de placas de desarrollo con una gran variedad de funcionalidades y listas para utilizar tan pronto salen de la caja, las placas PCB a medida seguirán siendo esenciales para la electrónica en muchos casos. Las placas PCB siguen desempeñando un papel importante, aun para los diseños únicos, ya que son la plataforma física del diseño y el ingrediente más flexible que, junto con los componentes, conforma el sistema electrónico.

En este artículo, presentamos algunas de las reglas de oro del diseño de placas PCB, que en su mayoría siguen siendo las mismas que hace 25 años cuando surgió el diseño comercial de placas de circuitos impresos. Estas reglas se pueden aplicar generalmente a cualquier proyecto PCB y serán una guía útil tanto para los estudiantes de ingeniería electrónica como para los diseñadores con más experiencia.


A continuación, presentamos diez elementos útiles que deben tener en cuenta o practicar los diseñadores de electrónica al diseñar placas PCB para fabricación comercial utilizando software de diseño. No están en orden cronológico ni se les ha asignado un nivel de importancia específico, pero, en conjunto, marcan una gran diferencia para cualquier diseño.

 

Regla 1: use la rejilla adecuada. Encuentre una rejilla cuyos espacios se adapten a la cantidad de componentes que va a utilizar y aproveche todo el espacio. Aunque la idea de usar varias rejillas puede parecer atractiva, un poco de reflexión adicional en la fase inicial del diseño puede evitar dificultades relacionadas con el espacio y le permitirá aprovechar al máximo la placa.  Aproveche el hecho de que muchos dispositivos están disponibles en varios tamaños. Asimismo, como el polígono es una forma importante en el momento de añadir el cobre a la placa, y las placas con varias rejillas a menudo producen discrepancias en la forma en que se llena el polígono, el uso de más de una rejilla puede hacerle la vida más difícil de lo necesario.


Regla 2: las pistas deben ser lo más cortas y directas posibles. Suena simple y obvio, pero recuerde esta regla en todo momento, aun si el resultado es que deba corregir la distribución de parte de la placa para optimizar la longitud de las pistas. Esto aplica en particular a los circuitos analógicos y digitales de alta velocidad en los que la impedancia y los efectos parásito pueden limitar el rendimiento del sistema.


Regla 3: en la medida de lo posible, use un plano para gestionar la distribución de las líneas y tomas a tierra. Rellenar el plano es una opción rápida y fácil en la mayoría de software de diseño PCB.  Aplica suficiente cobre a las conexiones comunes y realmente ayuda a garantizar que la energía fluya de la forma más efectiva posible con impedancia o caída de tensión mínimas y que los retornos de las tomas a tierra sean adecuados.  Si es posible, trace varias líneas de alimentación en la misma área de la placa y recuerde que si el plano de tierra se traza en una sección muy amplia de una capa, puede tener un impacto positivo en la retroalimentación entre las líneas trazadas encima o en capas adyacentes.


Regla 4: agrupe los componentes relacionados y los puntos de test si los necesita. Por ejemplo, ponga los componentes discretos necesarios para un amplificador operacional cerca al dispositivo para que los condensadores y las resistencias de bypass estén colocados con él. Esto ayuda con la longitud de las pistas de la Regla 2 y facilita realizar pruebas y encontrar fallos.


Regla 5: cree paneles de su PCB replicándola varias veces en una placa más grande. Al utilizar el tamaño que se adapta mejor al equipo que utiliza el fabricante seleccionado, mejorará el coste de los prototipos y la fabricación.  Comience distribuyendo la placa como en un panel. Contacte al fabricante para adquirir la especificación del tamaño preferido de cada panel. Luego, cuando haya corregido las reglas de diseño, haga lo posible para repetir su diseño varias veces en el tamaño de panel preferido.

 

Regla 6: consolide los valores de los componentes. Como diseñador/a, habrá seleccionado algunos componentes discretos de mayor o menor valor que funcionan de la misma manera. Consolidar los componentes en un intervalo de valores estándar hace que la lista de materiales sea más simple y probablemente más económica. Además, a largo plazo se facilitan las decisiones con respecto al stock si se tiene una variedad de placas basadas en los valores preferidos de los dispositivos.


Regla 7: compruebe las reglas de diseño tan frecuentemente como pueda.  La función DRC para este fin en el software de diseño PCB no es demorada, y si comprueba las reglas a menudo, puede ahorrarse horas en diseños mucho más complejos y es un excelente hábito. Todas las decisiones de la distribución de la placa son importantes, y comprobar las reglas de diseño constantemente le permite tener presente siempre lo más importante.


Regla 8: utilice la serigrafía de forma inteligente. La serigrafía se puede utilizar para comunicar información útil a quien construye la placa, a los ingenieros de mantenimiento o pruebas y hasta a la persona que instala u opera el dispositivo. Las etiquetas claras de las funciones y los puntos de test son obvias, pero también se debe tener en cuenta la orientación de los componentes y los conectores en la medida de lo posible. Las anotaciones se utilizan a pesar de que a que a veces terminan cubiertas por los componentes después del montaje. El uso de serigrafía en ambas caras de la placa puede reducir la necesidad de reacondicionamiento y simplificar la producción.


Regla 9: desacoplar los condensadores no es opcional. No trate de optimizar su diseño evitando desacoplar las líneas y confiando en los límites absolutos de las hojas técnicas de los componentes.  Los condensadores son económicos y resistentes. Dedique tiempo a instalarlos cuando sea posible, y recuerde la Regla 6 sobre el uso de una gama de valores estándar para no tener problemas de inventario.


Regla 10: genere sus propios datos de fabricación de PCB y verifíquelos antes de mandar a hacer las placas.  La mayoría de los fabricantes de placas lo hacen directamente desde el fichero de descarga, pero si introduce sus ficheros Gerber primero y los revisa utilizando una herramienta gratuita para asegurarse de que se ven como usted espera que se vean, podrá evitar malentendidos. Además, puede hasta encontrar errores sin proponérselo antes de que queden impresos para siempre en fibra de vidrio, resina y cobre.


A medida que los diseños de los circuitos se comparten más abiertamente y cada vez más equipos de diseñadores dependen de los diseños de referencia, creemos que es muy importante que estas reglas sigan siendo observadas en el diseño de placas de circuitos impresos. Al mantener control sobre lo básico, los diseñadores también mantienen la flexibilidad de añadir valor a sus productos y aprovechar al máximo cada placa que diseñan.  Finalmente, cualquier persona que apenas comience en el diseño de placas aprenderá mucho más rápidamente y alcanzará niveles de confianza más altos si recuerda siempre las reglas básicas.


Edwin Robledo @CadSoftTech es Gerente General de CadSoft USA y lleva 20 en la empresa. Jorge Garcia es miembro del equipo de Soporte Técnico.

Autor:

Por Edwin Robledo y Jorge Garcia de CadSoft

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