Neste artigo, apresentamos algumas das regras de ouro do design de PCB, que se mantêm praticamente as mesmas de há 25 anos, quando surgiu o design comercial de placas de circuito impresso. Estas regras podem ser aplicadas a qualquer projeto de PCB e serão um guia útil tanto para estudantes de engenharia elétrica como para projetistas mais experientes.
A seguir, apresentamos dez elementos úteis que os projetistas eletrónicos devem considerar ou praticar ao projetar PCB para fabrico comercial utilizando software de projeto. Não estão listados por ordem cronológica nem recebem uma classificação específica de importância, mas, em conjunto, fazem uma diferença significativa em qualquer projeto.
Regra 1: Utilize a grelha correta. Encontre uma grelha cujo espaçamento acomode o número de componentes que vai utilizar e aproveite ao máximo o espaço disponível. Embora a ideia de utilizar várias grelhas possa parecer atraente, um pouco de planeamento extra na fase inicial do projeto pode evitar dificuldades relacionadas com o espaço e permitir maximizar o potencial da placa. Aproveite o facto de muitos dispositivos estarem disponíveis em vários tamanhos. Além disso, uma vez que o formato do polígono é importante quando se adiciona cobre à placa, e as placas com várias grelhas geralmente apresentam discrepâncias no preenchimento do polígono, a utilização de mais do que uma grelha pode tornar as coisas mais difíceis do que o necessário.
Regra 2: Os trilhos devem ser o mais curtos e diretos possível. Parece simples e óbvio, mas lembre-se sempre desta regra, mesmo que isso implique ajustar o layout de parte da placa para otimizar o comprimento dos trilhos. Isto é especialmente importante para circuitos analógicos e digitais de alta velocidade, onde a impedância e os efeitos parasitas podem limitar o desempenho do sistema.
Regra 3: Sempre que possível, utilize um plano de terra para gerir a distribuição de linhas e terras. O preenchimento do plano de terra é uma opção rápida e fácil na maioria dos softwares de design de PCB. Isto aplica cobre suficiente às ligações comuns e ajuda realmente a garantir que a energia flui da forma mais eficiente possível, com impedância ou queda de tensão mínimas, e que os retornos de terra são adequados. Se possível, direcione várias linhas de alimentação na mesma área da placa e lembre-se de que, se o plano de terra for encaminhado sobre uma secção muito grande de uma camada, isso poderá ter um impacto positivo na retroalimentação entre linhas encaminhadas acima ou em camadas adjacentes.
Regra 4: Agrupe os componentes e os pontos de teste relacionados, se necessário. Por exemplo, coloque os componentes discretos necessários para um amplificador operacional junto ao dispositivo, de modo a que os condensadores e as resistências de bypass fiquem localizados junto a este. Isto facilita o cumprimento dos comprimentos de rasto exigidos pela Regra 2 e simplifica os testes e a resolução de problemas.
Regra 5: Crie painéis da sua placa de circuito impresso replicando-a várias vezes numa placa maior. Utilizar o tamanho que melhor se adapta ao equipamento utilizado pelo fabricante escolhido irá otimizar os custos de prototipagem e fabrico. Comece por projetar a placa como um painel. Contacte o fabricante para obter as especificações de tamanho de painel preferenciais. Em seguida, após corrigir as regras de projeto, faça o possível para repetir o seu projeto várias vezes no tamanho de painel preferido.
Regra 6: Consolide os valores dos componentes. Como projetista, provavelmente selecionou alguns componentes discretos com valores variados que funcionam da mesma forma. Consolidar estes componentes numa gama padrão de valores simplifica a lista de materiais e será provavelmente mais económico. Além disso, as decisões de stock a longo prazo são facilitadas se tiver uma variedade de placas baseadas nos valores de dispositivo preferidos.
Regra 7: Verifique as regras de layout com a maior frequência possível. A função DRC (Verificação de Regras de Projeto) no software de projeto de PCB é rápida e fácil, e a verificação das regras com frequência pode poupar horas em projetos muito mais complexos. É um excelente hábito a desenvolver. Cada decisão de layout da placa é importante, e verificar constantemente as regras de layout garante que tem sempre em mente os fatores mais importantes.
Regra 8: Utilize a serigrafia com sabedoria. A serigrafia pode ser utilizada para comunicar informações úteis ao montador da placa, aos engenheiros de manutenção ou de teste e até mesmo à pessoa que instala ou opera o dispositivo. As etiquetas claras para as funções e pontos de teste são óbvias, mas a orientação dos componentes e conectores também deve ser considerada ao máximo. As anotações são utilizadas mesmo que, por vezes, acabem por ser cobertas por componentes após a montagem. A utilização de serigrafia em ambos os lados da placa pode reduzir a necessidade de retrabalho e simplificar a produção.
Regra 9: A utilização de condensadores de desacoplamento não é opcional. Não tente otimizar o seu projeto evitando o desacoplamento de linhas e confiando nos limites absolutos das folhas de dados dos componentes. Os condensadores são baratos e duráveis. Dedique algum tempo a instalá-los sempre que possível e lembre-se da Regra 6 sobre a utilização de uma gama de valores padrão para evitar problemas de stock.
Regra 10: Gere os seus próprios dados de fabrico de PCB e verifique-os antes de enviar as placas para produção. A maioria dos fabricantes de placas faz isto diretamente do ficheiro descarregado, mas se fizer o upload dos seus ficheiros Gerber primeiro e os verificar utilizando uma ferramenta gratuita para garantir que estão como esperado, pode evitar mal-entendidos. Pode até encontrar erros sem querer antes de serem impressos permanentemente em fibra de vidro, resina e cobre.
À medida que os projetos de circuitos se tornam mais abertos e mais equipas de projeto dependem de projetos de referência, acreditamos ser crucial que estas regras continuem a ser observadas no projeto de placas de circuito impresso (PCBs). Ao manter um sólido domínio dos fundamentos, os projetistas também preservam a flexibilidade para acrescentar valor aos seus produtos e obter o máximo de cada placa que projetam. Por fim, qualquer pessoa que esteja a iniciar-se no design de PCBs aprenderá muito mais rapidamente e ganhará mais confiança se mantiver estas regras básicas em mente.
Edwin Robledo, da CadSoftTech, é o Director Geral da CadSoft USA e trabalha na empresa há 20 anos. Jorge Garcia é membro da equipa de Suporte Técnico.
Autor:
Por Edwin Robledo e Jorge Garcia da CadSoft
