¿Siempre te desaniman las interferencias de señal, la mala disipación de calor y el enrutamiento desordenado al diseñar PCB? En realidad, siempre que domines las técnicas básicas, ¡podrás manejar fácilmente todo tipo de desafíos de diseño! Hoy, hemos recopilado 9 métodos de diseño de PCB híbridos súper prácticos, desde la ubicación de los componentes hasta el blindaje de la capa inferior, todos repletos de información práctica y sin complicaciones, ¡lo que permite a los principiantes comenzar rápidamente!

I. Colocación de componentes: siga las "reglas" para colocar los componentes correctamente y evitar desvíos

¡La colocación incorrecta de los componentes hará que todo el enrutamiento posterior sea inútil! Al diseñar los componentes, no sólo debes seguir las rutas de las señales en el esquema y dejar suficiente espacio para las pistas, sino que también debes recordar estos 5 principios:

• Las fuentes de alimentación deben agruparse de forma compacta, con diseños de desacoplamiento para garantizar un suministro de energía estable;
• Los condensadores de desacoplamiento deben colocarse cerca de los componentes para acortar los bucles de corriente y reducir el ruido;
• Los conectores deben colocarse directamente en el borde de la placa para facilitar la conexión de dispositivos externos sin ocupar área central;
• Los componentes de alta frecuencia deben colocarse estrictamente de acuerdo con el flujo esquemático para evitar la corrupción de la señal;
• Los procesadores, generadores de reloj, grandes dispositivos de almacenamiento y otros "componentes centrales" deben colocarse en el centro de la placa para una fácil conexión a los circuitos circundantes.

II. Módulos analógicos + digitales: diseño separado, sin interferencias
Las señales analógicas y digitales suelen estar en desacuerdo; compartir áreas puede conducir fácilmente a interferencias mutuas, lo que resulta en un rendimiento deficiente del circuito. El enfoque correcto es separar completamente los dos. Los puntos clave están aquí:

• Coloque componentes de precisión (como amplificadores y fuentes de voltaje de referencia) en el plano analógico y dedique el plano digital al control lógico, bloques de sincronización y otros "componentes de alto ruido";
• Los ADC (convertidores de analógico a digital) y DAC (convertidores de digital a analógico) manejan señales mixtas, por lo que tratarlos como componentes analógicos es más confiable;
• Los diseños de ADC/DAC de alta corriente deben tener fuentes de alimentación analógicas y digitales separadas (DVDD conectado a la sección digital, AVCC conectado a la sección analógica);
• Los microprocesadores y microcontroladores generan una cantidad significativa de calor, por lo que colocarlos en el centro de la placa de circuito y cerca de los bloques de circuitos conectados dará como resultado una disipación de calor más eficiente.

III. Rutas: tome el camino más corto y recto, evite estos obstáculos

Una vez que los componentes están en su lugar, el enrutamiento consiste en "construir canales de señal". Recuerde estos 8 principios para una transmisión de señal más fluida:

• Cuanto más corta y recta sea la ruta de la señal, mejor, ya que se reducen los retrasos y las interferencias;
• Se debe colocar un plano de tierra junto a las capas de señales de alta velocidad para garantizar el retorno normal de la señal;
• Los circuitos de alta velocidad deben encaminarse estrictamente de acuerdo con la ruta esquemática de la señal y no pueden modificarse arbitrariamente;
• Utilice trazas de fuente de alimentación cortas, rectas y anchas para reducir la inductancia;
• Evite crear trazas y vías en "formas de antena" para evitar interferencias adicionales;
• Mantener aisladas las trazas de los circuitos digitales y analógicos, sin cruzarlas ni superponerlas;
• Preste especial atención a las pistas de conexión a tierra que conectan zonas digitales y analógicas;
• Evite desvíos y vías innecesarias durante todo el proceso, simplificando el camino y reduciendo la pérdida de señal.

IV. Módulo de fuente de alimentación: fuente de alimentación de proximidad + diseño de aislamiento: la estabilidad es clave

La fuente de alimentación es el "corazón" del circuito; un diseño inadecuado puede conducir fácilmente a un fracaso general. Hay dos puntos clave:

• El módulo de fuente de alimentación debe estar cerca de los componentes de la fuente de alimentación y al mismo tiempo aislado de otros circuitos para evitar la propagación del ruido;
• Para dispositivos complejos con múltiples pines de fuente de alimentación, utilice módulos de fuente de alimentación dedicados para las secciones analógica y digital para eliminar por completo la interferencia de ruido digital con señales analógicas;
• Las líneas eléctricas deben seguir el principio de "corta, recta y ancha" para reducir la inductancia y las limitaciones de corriente, lo que resulta en un suministro de energía más estable.

V. Diseño de desacoplamiento: creación de un entorno con poco ruido para maximizar el rendimiento del dispositivo

El núcleo del desacoplamiento es "filtrar el ruido de la fuente de alimentación". La relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR) determina directamente el rendimiento del dispositivo. Estos 5 métodos prácticos son esenciales:

• **Combinación de condensadores: los condensadores cerámicos de baja inductancia filtran el ruido de alta frecuencia, los condensadores electrolíticos actúan como "depósitos de carga" para filtrar el ruido de baja frecuencia y se pueden seleccionar perlas de ferrita para mejorar el aislamiento;
• **Coloque los condensadores de desacoplamiento cerca de los pines de fuente de alimentación del dispositivo y conéctelos a un plano de tierra de baja impedancia utilizando pistas o vías cortas para reducir la inductancia en serie;
• **Coloque condensadores pequeños (0,01 μF-0,1 μF) junto a los pines de la fuente de alimentación para evitar la inestabilidad del dispositivo cuando varias salidas conmutan simultáneamente;
• **Mantenga los condensadores electrolíticos (10 μF-100 μF) a no más de 1 pulgada de distancia de las clavijas de la fuente de alimentación; demasiada distancia afectará el rendimiento del filtrado;
• **Los condensadores de desacoplamiento se pueden conectar al plano de tierra en forma de T junto al pin GND del dispositivo, lo que simplifica el proceso sin cableado adicional.

VI. Estratificación de PCB: planifique las capas con anticipación y optimice las rutas de retorno

Determine el esquema de capas antes del enrutamiento; de lo contrario, afectará la ruta de retorno de la señal. Diferentes números de capas requieren diferentes consideraciones de diseño:

• Los sistemas de adquisición de datos de alto rendimiento deberían priorizar los PCB de 4 capas o más; Las placas de doble capa son adecuadas para circuitos simples.
• Diseño típico de placa de 4 capas: capa superior (señales digitales/analógicas), segunda capa (capa de tierra, que reduce la caída de voltaje IR y protege las señales), tercera capa (capa de energía), capa inferior (señales auxiliares);
• Las capas de energía y tierra deben estar muy adyacentes, utilizando capacitancia entre capas para lograr el desacoplamiento de alta frecuencia;
• Los tableros multicapa pueden utilizar vías ciegas y vías enterradas para conectar capas, lo que reduce el espacio de seguimiento de la superficie y hace que el diseño sea más limpio.

VII. Resistencias de cobre para PCB: elegir el espesor de cobre adecuado para reducir errores
Las trazas de cobre son el núcleo de las interconexiones de circuitos y los planos de tierra. Una resistencia excesiva puede provocar errores de señal. Recuerda estos puntos:

• Los PCB estándar utilizan 1 oz de cobre; las secciones de alta potencia utilizan 2 oz o 3 oz de cobre (la resistividad del cobre es 1,724 × 10⁻⁶ Ω/cm a 25 ℃);
• La lámina de cobre de 1 oz tiene aproximadamente 0,036 mm de espesor y una resistencia de 0,48 mΩ/cuadrado. Por ejemplo, una pista de 0,25 mm de ancho tiene una resistencia de aproximadamente 19 mΩ/cm;
• Para circuitos de precisión de baja impedancia (como ADC de 16 bits), preste atención a la resistencia de la traza de cobre para evitar introducir errores adicionales. Ampliar las trazas o aumentar el espesor del cobre si es necesario.

VIII. Diseño de puesta a tierra: dos opciones, elija según sus necesidades

La conexión a tierra es crucial para suprimir las interferencias. Elegir la opción correcta es importante para diferentes sistemas. Se explican en detalle dos métodos principales:

1. Capa de tierra única (recomendada para sistemas ADC/DAC de baja corriente digital)

• El uso de una única capa de tierra sólida permite que la corriente de retorno siga el camino de menor resistencia, evitando interferencias de señales mixtas.
• La corriente de retorno de baja frecuencia fluye a lo largo de la línea de referencia a tierra del dispositivo, mientras que la corriente de retorno de alta frecuencia regresa a lo largo de la ruta de la señal, lo que reduce la interferencia del bucle.

2. Tierra analógica independiente + Tierra digital (Recomendado para sistemas complejos de alta corriente)

• Dividir la capa de tierra en tierra analógica y tierra digital, conectadas a través de una "tierra en estrella" (el punto de intersección es una tierra en estrella), asegurando niveles de referencia consistentes para ambos.
• El pin AGND de los dispositivos de señal mixta está conectado a tierra analógica y el pin DGND está conectado a tierra digital, aislando la corriente digital de alto ruido.
• Los PCB multicapa deben garantizar un aislamiento completo entre los planos AGND y DGND y no se permite la superposición.

Ⅸ. Blindaje contra interferencias electromagnéticas: cree una jaula de Faraday para eliminar las interferencias externas

Después de abordar las interferencias internas, es fundamental protegerse contra las interferencias electromagnéticas externas (EMI). De lo contrario, pueden producirse interrupciones en la comunicación, corrupción de los datos del sensor y fallos de los componentes. A continuación se muestran algunas técnicas de protección:

• Utilice suficiente blindaje metálico para crear una "jaula de Faraday", que cubra completamente el circuito desde los seis lados, y conéctelo al plano de tierra para un blindaje óptimo.
• El diseño del blindaje debe considerar los requisitos de disipación de calor y reservar canales de entrada/salida de señal. El blindaje no debe interferir con el funcionamiento normal del circuito.
• Para entornos de alta frecuencia y alta interferencia, la capa de protección debe garantizar una conexión perfecta para evitar "espacios de protección".

Domine estas 9 técnicas de diseño de PCB híbridas. Ya sea que sea un principiante o un optimizador de PCB experimentado, puede manejar fácilmente varios desafíos de diseño, ¡duplicando directamente la estabilidad y el rendimiento del circuito!