Entrenadora:Diseño PCB

De Asociación de Robotica y Domótica de España (A.R.D.E.)

Tabla de contenidos 1 Checklist de Diseño 2 Consejos 3 Configuración de Tierras 3.1 Power GND (GND) 3.2 Signal GND (SGND) 3.3 SHIELD / EARTH 4 Tips & Topics de Diseño 4.1 Alimentaciones 4.2 Aislamiento Electromagnético 4.3 Líneas de alta corriente 4.4 SMD 4.5 Oscilador

Checklist de Diseño

Draw any new schematic symbols needed Dibuja cualquier nuevo esquema símbolos necesarios

• To save time, first check for built in libraries or ones from part vendors or user groups Para ahorrar tiempo, en primer lugar para comprobar construido en bibliotecas o parte de los vendedores o de grupos de usuarios
• Rather than start from scratch, modify an existing library part when possible En lugar de empezar de cero, modificar el existente en la biblioteca cuando sea posible
• Use a left-to-right and top-to-bottom flow of signals on the symbols Use una de izquierda a derecha y de arriba abajo el flujo de señales en los símbolos
• Typically you place power pins on top and GND on bottom Típicamente usted coloca alfileres en la parte superior de energía y GND en la parte inferior
• Double check all the symbols for correct pins! A mistake here can make a lot of mistakes in the PCB times the number of PCBs - You don’t want to go there. Vuelva a comprobar todos los símbolos para corregir las patillas! Un error aquí puede hacer un montón de errores en el PCB veces el número de PCB - Ya no quieren ir allí.

Capture each section of the circuit into the schematic Capture cada sección del circuito en el esquema

• Again, use a left-to-right and top-to-bottom flow of signals on the schematic Una vez más, utilice una de izquierda a derecha y de arriba abajo el flujo de señales en el esquema
• Each block can be on a page Cada bloque puede estar en una página
• Draw critical circuitry like you want it to be laid out on the PCB (ie short lines where you want short traces etc.) Dibujar circuitos críticos como usted quiera que se establecen en el PCB (es decir, las líneas cortas en la que desea corto huellas etc)
• Note any special design rules like length limits, required widths, or controlled impedances Anote las normas de diseño especiales como los límites de longitud, ancho requerido, o controlados impedancias
• Name signals in a way that makes it easy to understand the schematic Nombre de señales de una manera que hace que sea fácil de entender el esquema
• Add test points to critical signals (and lots of GND test points) Añadir puntos de prueba para señales críticas (y de muchos puntos de prueba GND)
• Double check schematic against design source with a highlighter etc. Vuelva a comprobar el diseño esquemático contra la fuente con un rotulador etc
• Get approval from team Obtener la aprobación de equipo

Draw any required new PCB footprints and pad stacks Dibuja cualquier nuevo PCB huellas y almohadilla pilas

• To save time, first check for built in libraries or ones from part vendors or user groups Para ahorrar tiempo, en primer lugar para comprobar construido en bibliotecas o parte de los vendedores o de grupos de usuarios
• Follow vendor guidelines if available, else use industry standards Siga las directrices vendedor si es posible, sino utilice las normas de la industria
• Consult with the manufacturing engineer about process specific requirements Consulte con el proceso de fabricación de máquinas sobre requisitos específicos

Proceeding to PCB Layout Si continúa con el diseño de PCB

• Draw board outline with critical cut-outs, mounting holes, and keep outs Dibuja a bordo de esbozo crítico con aberturas, agujeros de montaje, y mantener outs
• Sketch “rooms” corresponding to each block onto the board outline Sketch "habitaciones" que corresponde a cada bloque en la placa esbozo
• Decide on number of layers, copper thickness, and board stack-up arrangement. This is a function of board density, the sheer number of signals and power planes needed, the controlled impedance scheme, heat conduction requirements, etc. Decidir sobre el número de capas, espesor de cobre, y la junta de pila de arreglo. Esta es una función de la densidad bordo, el número de señales de aviones y el poder necesario, el régimen de impedancia controlada, requisitos de la conducción de calor, etc
• Consider routing adjacent signal layers with horizontal / vertical routes to obtain perpendicular overlap. This reduces cross talk and eases routing. Considere la posibilidad de enrutamiento con capas adyacentes señal horizontal / vertical perpendicular rutas para obtener la superposición. Esto reduce cruz hablar y facilita el enrutamiento.
• Place critical components and get approval on the initial placement from the team Coloque los componentes críticos y obtener la aprobación de la colocación inicial del equipo
• Route critical traces and planes, and then route the rest Ruta crítica huellas y aviones, y luego el resto de ruta
• Do a clean up pass to fix any odd things, improve silk screen, etc. Hacer una limpieza de pasar a arreglar cualquier extraño cosas, mejorar la pantalla de seda, etc.

Consejos

Aquí están algunos consejos a tener en cuenta al realizar el diseño de PCB para cada tipo de circuito:

Circuitos digitales de baja velocidad

• No demasiado sensibles al ruido
• Generates a medium amount of noise, so keep it away from the most noise sensitive circuits Genera un importe medio de ruido, a fin de mantenerlo alejado de los circuitos más sensibles al ruido
• The most active signals are the most noisy Las señales más activas son las más ruidosas
• Aparte de esto, el diseño no es demasiado crítico y esto puede ser colocado alrededor del tablero como una especie de "relleno" en los lugares donde nada más tenga que ir y pueden ser fácilmente auto-enrutados.

Circuitos digitales de alta velocidad

• Igual que los circuitos de baja velocidad digital, además de los siguientes:
• There can be a very high number of interconnecting traces No puede haber un número muy elevado de la interconexión de las pistas
• Generalmente se controla la impedancia de las pistas.
• Requires controlled, minimized, or matched signal delay times and proper location of termination devices Requiere controlados, reducir al mínimo, o acompañado de señales y plazos de terminación correcta ubicación de los dispositivos
• Can generate some serious heat - added copper planes to conduct heat away and heat sinks will need to be designed in Puede generar algo de calor grave - añadió cobre aviones para llevar a cabo lejos del calor y de los sumideros de calor tendrá que ser diseñado en

Circuitos analógicos

• Usually very sensitive to noise pickup Por lo general, muy sensibles al ruido de recolección
• Keep away from noise generators Mantener lejos del ruido de los generadores
• High impedance nodes and nodes followed by a lot of gain are generally most sensitive to noise Alta impedancia de los nodos y nodos seguido por una gran cantidad de ganancia son generalmente más sensibles al ruido
• Look for recommended grounding and shielding in application notes Puedes buscar recomendó a tierra y los sistemas de protección en aplicación notas
• May also be sensitive to surface leakage currents, temperature, etc También pueden ser sensibles a la superficie las fugas corrientes, la temperatura, etc
• Power amplifiers may generate significant heat - added copper planes to conduct heat away and heat sinks will need to be designed in Amplificadores de potencia puede generar importantes calor - añadió cobre aviones para llevar a cabo lejos del calor y de los sumideros de calor tendrá que ser diseñado en

Circuitos de potencia

• Pueden generar mucho ruido (especialmente en fuentes de alimentación conmutada, amplificadores de clase D, etc)
• At the same time, some nets are very sensitive to noise (ie sense and feedback nets) Al mismo tiempo, algunas redes son muy sensibles al ruido (es decir, el sentido común y las redes de información)
• Can generate a lot of heat - added copper planes to conduct heat away and heat sinks will need to be designed in Pueden generar una gran cantidad de calor - añadir planos de cobre para conducir el calor lejos y de los sumideros de calor tendrá que ser diseñado en
• Nodos de conmutación son sensibles a la disposición parasitarias inductancia y capacitancia
• Mantenga las altas corrientes AC limitadas a pequeñas áreas para reducir el ruido
• May involve high voltage and safety issues, special spacing and insulation requirements Puede implicar de alta tensión y los problemas de seguridad, especiales y espaciamiento de los requisitos de aislamiento

Circuitos RF

• Uses controlled impedance traces Se usa impedancias de pistas controladas.
• May require traces to be designed as antennas (requires RF design background) Podrá exigir pistas que se diseñó como antenas (RF requiere diseño de fondo)
• Receivers are very sensitive to noise Los receptores son muy sensibles al ruido.
• Transmitters generate noise and dissipate heat proportional to the power involved Los transmisores generan ruido y disipan calor de forma proporcional a la potencia que manejan.
• Again, added copper planes to conduct heat away and heat sinks will need to be designed in Una vez más, añadió cobre aviones para llevar a cabo lejos del calor y de los sumideros de calor tendrá que ser diseñado en
• Requires special attention to shielding and grounding Requiere una atención especial a la hora de blindar y realizar las conexiones a tierra.

Sacado de : http://circuitcalculator.com/wordpress/2008/03/07/schematic-and-pcb-design-process/ con traducción automática de Google

Configuración de Tierras

La configuración de tierras es muy importante sobretodo en circuitos analógicos y/o circuitos que se trabaje con señales pequeñas. Generalmente podremos distinguir entre tres tipo de tierra:

Power GND (GND)

En esta línea se conectarán las tierras de los circuitos de potencia y los drivers, la electrónica puramente digital también irá a esta línea.

Signal GND (SGND)

Esta será la llamada Tierra analógica a esta línea se conectarán las tierras de los circuitos analógicos y los conversores A/D. Esta línea es la más sensible de todo el circuito, por lo que deberemos hacerla lo más corta y recta posible y conectarla mediante desacoplos a las demás tierras.

SHIELD / EARTH

Esta es la línea de Tierra propiamente dicha, esta línea estará conectada al chasis del aparato en un único punto (y posiblemente a la toma de tierra del enchufe), y no siempre está conectada al resto del circuito (circuitos flotantes). Se usa generalmente como descarga de cargas electrostáticas y corrientes de fuga. Todas las conexiones a esta línea deben hacerse por el mismo punto.

Tips & Topics de Diseño

Alimentaciones

Separar en los conectores las alimentaciones de las señales, sobretodo cuando las líneas sean de alta tensión o corriente. Se podrán incluir en el mismo conector únicamente cuando sean alimentaciones de baja tensión y baja corriente, incluso en este caso es bueno utilizar las líneas de tierra para separar las señales de las líneas de potencia.

Aislamiento Electromagnético

Para evitar que se produzcan arcos voltaicos y cortocircuitos entre líneas se debe realizar una separación mínima entre pistas de entre 1mm y 1.5mm por kV de diferencia de potencial entre ellas. La separación de 1mm es para ambientes secos (poca humedad).

De la web http://basicelectronic.blogspot.com/ sacamos la siguiente tabla:

PCB Clearances for Electrical Conductors Table

Voltage (DC or Peak AC)	Internal	External (<3050m)	External (>3050m)
0-15V	0.05mm	0.1mm	0.1mm
16-30V	0.05mm	0.1mm	0.1mm
31-50V	0.1mm	0.6mm	0.6mm
51-100V	0.1mm	0.6mm	1.5mm
101-150V	0.2mm	0.6mm	3.2mm
151-170V	0.2mm	1.25mm	3.2mm
171-250V	0.2mm	1.25mm	6.4mm
251-300V	0.2mm	1.25mm	12.5mm
301-500V	0.25mm	2.5mm	12.5mm

Líneas de alta corriente

Las líneas que puedan llevar una corriente importante (>1A) pueden fundirse si no se utilizan los anchos de pista suficiente (disipación de calor), para evitar esto existen varias técnicas:

• Utilizar un grosor de pista grande.
• Cubrir la pista con estaño de soldadura (esto implica una mayor superficie de radiación)
• Utilizar varias pistas para la misma línea. Esto puede provocar problemas en ciertos programas (como Protel) y habrá que configurar el programa específicamente para que no borre las líneas redundantes.

Según la normativa ANSI-IPC 2221 el ancho de la pista se calcula de la siguiente forma:

   Ancho = {[I / (k1 * ∆T^k2)]^(1/k3)} / (L * 1,378)

Donde:

• I: corriente máxima soportada [A].
• ∆T: incremento de temperatura máximo soportado [ºC]
• L: metraje del cobre [oz/ft^2] (35µm equivalen a 1oz/ft^2).
• k1: constante 0.0150 para pistas internas, 0.0647 para pistas externas (top/bottom).
• k2: constante 0.5453 para pistas internas, 0.4281 para pistas externas.
• k3: constante 0.7349 para pistas internas, 0.6732 para pistas externas.

O más fácilmente a partir de esta página web: PCB Trace Width Calculator

SMD

Los componentes SMD son más propensos a romperse con vibraciones o flexiones del PCB por lo que se intentará siempre ponerlos de tal forma que eviten el centro de la placa (punto de máxima deformación) y la orientación sea perpendicular a la longitud mayor del PCB.

Oscilador

La lineas que van a un oscilador son fuente de radiación, además una interferencia inducida en estas líneas puede dar lugar a errores en el programa. Estas líneas deberán ser:

• Lo más cortas posibles
• Rodeadas por una malla de protección frente a interferencias conectado a Power GND o EARTH.

Para evitar radiaciones o interferencias en la señal del oscilador podemos hacer varias cosas:

• Conectar la carcasa del oscilador a GND (Power GND) esto reducirá ...
• Conectar una resistencia de impedancia alta (1M-10M) en paralelo con el oscilador, esto reducirá la componente DC de la señal. No siempre es recomendable ya que existen circuitos que oscilan en pequeña señal alrededor de punto de cambio de estado del circuito lógico.