El diseño de PCB afecta en gran medida el rendimiento, la integridad de la señal y la confiabilidad del producto final. Especialmente a medida que las placas de circuitos actuales se vuelven más complejas, compactas y pequeñas, el diseño de la placa de circuito requiere mucho trabajo y tiempo. Problemas como interferencias electromagnéticas, componentes defectuosos, daños en la placa o incluso falla total de la placa pueden resultar de un diseño incorrecto de la placa de circuito. En este artículo, revelaremos cómo diseñar un diseño de PCB paso a paso, algunos consejos útiles para el diseño y herramientas de diseño comunes. Esto le brindará algunos conocimientos y antecedentes para comprender el diseño de PCB.
¿Qué es el diseño de PCB?
El diseño de PCB es el proceso de diseñar la ubicación de los componentes, las rutas de las pistas conductoras, el ancho de las pistas y otros elementos en una placa de circuito impreso para garantizar que se mantenga la integridad de la señal de la placa de circuito y que cumpla con la funcionalidad requerida, al tiempo que se optimiza el tamaño de la placa. Este es el proceso de traducir los conceptos de diseño en documentos concretos que se pueden utilizar en la producción de placas. Un diseño de placa de circuito impreso exitoso permite un rendimiento óptimo.
Cómo diseñar una placa de circuito impreso: explicación paso a paso
A partir de la comprensión de las especificaciones eléctricas requeridas PCB Para la documentación final, a continuación cubriremos los 10 pasos para diseñar un layout de PCB.
Paso 1: Comprender los requisitos eléctricos
Antes de diseñar, debemos comprender los requisitos eléctricos del circuito, como el voltaje, los requisitos de corriente, los componentes requeridos, la frecuencia de la señal, el tipo de señal, etc.
Paso 2: Creación del esquema
Un esquema es un plano de la disposición de una placa de circuito impreso para la colocación y alineación de los componentes. Es una forma lógica de crear la representación de un circuito electrónico. Los símbolos se utilizan a medida que aparecen los diferentes componentes y parámetros en los diagramas esquemáticos y al conectarlos con líneas se indica la conexión. Esto se utiliza luego para hacer una simulación del circuito y demostrar que funciona eléctricamente como se espera.
Paso 3: Crear el diseño de la PCB
Convierte esquemas en diseños de PCB. Selecciona el tamaño y la forma de PCB adecuados, que tienen en cuenta el espacio para el montaje, los requisitos de disipación de calor y el ajuste con otros PCB. Los componentes se muestran como huellas con almohadillas y líneas de conexión en el diseño de PCB. Puedes ver cómo se verán físicamente los componentes y cómo se montarán. El software muestra líneas de aire que muestran las conexiones eléctricas entre los componentes. Estas líneas indican cómo se deben conectar los pines de un componente a otro componente.
Paso 4: Diseñar la pila de PCB
Puede elegir la cantidad de capas necesarias según la complejidad del circuito. En cada capa, cada una de ellas realiza funciones ligeramente diferentes. La capa aislante aísla la capa conductora para evitar interferencias, mientras que la capa conductora transmite energía y señales. Por consiguiente, cuando se ha determinado de forma sensata la disposición de las capas, se eligen los materiales de las capas en función de su rendimiento.
Paso 5: Establecer reglas y requisitos de diseño
Existen muchas reglas de diseño de PCB y se pueden establecer de manera flexible para que se adapten a la PCB que se desea diseñar. Es necesario garantizar el espaciado de los cables y el espaciado de los orificios, y el ancho de pista adecuado para cumplir con los requisitos de capacidad de transporte de corriente e impedancia. Hay suficiente espacio para soldar componentes y reparaciones posteriores. Además, se deben establecer reglas relevantes para permitir la producción a gran escala en función de las capacidades del fabricante. Estas reglas deben ajustarse de acuerdo con las condiciones reales y son beneficiosas para la confiabilidad y el rendimiento de la PCB.
Paso 6: Colocar los componentes
Cada componente se coloca de acuerdo con el esquema y la disposición para que cada componente esté en la dirección correcta. Se debe tener en cuenta la disipación de calor de los componentes de alta potencia. Además, el circuito se puede dividir en diferentes áreas según las funciones. Reunir componentes que realizan funciones similares da como resultado una mayor integridad de la señal y una menor interferencia.
Paso 7: Insertar los agujeros de perforación
Los orificios para los distintos tipos de componentes requieren distintos tamaños y ubicaciones. Para este paso, debemos pensar detenidamente en los requisitos de instalación del componente. La técnica de perforación de la PCB y la estructura de apilado afectarán la confiabilidad y la calidad de la PCB.
Paso 8: Enrutar los rastros
El enrutamiento de PCB debe minimizar las interferencias, mejorar la integridad de la señal y cumplir con requisitos como la impedancia y la gestión térmica. El enrutamiento debe optimizarse en cuanto al ancho de las pistas, evitando esquinas agudas y ángulos rectos, y dejando un espacio adecuado entre las pistas.
Paso 9: Agregar etiquetas y marcas
Agregar etiquetas, marcas e identificación de componentes a las placas de circuitos es beneficioso para el posterior ensamblaje de la PCB y mejora la eficiencia de la producción.
Paso 10: Generar archivos
Antes de entregar el diseño, también se debe comprobar mediante reglas de diseño para asegurarse de que el diseño de la placa de circuito sea factible. Una vez superada la prueba, se pueden preparar los archivos de diseño para su envío a producción. Gerber Los archivos tienen información muy detallada sobre la PCB y funcionan como un puente importante, que une el diseño físico con la placa de circuito final y real.
6 consejos clave para un diseño de circuito perfecto
Colocación de componentes
La colocación de los componentes requiere de muchas consideraciones, como la integridad de la señal, la interferencia electromagnética y la gestión térmica. Dividir el circuito en diferentes áreas reduce la interferencia directa de los diferentes módulos funcionales. Los componentes relacionados se pueden combinar entre sí y el diseño de la placa de circuito es más claro y conveniente para el cableado y las pruebas. La combinación de componentes de alta velocidad cerca y simultáneamente cerca de la fuente de alimentación reduce el retraso de la señal y disminuye el ruido.
Ancho de trazo y espaciado
El espaciado adecuado es muy importante para evitar interferencias, diafonía y cortocircuitos entre pistas adyacentes. En términos generales, cuanto mayor sea la corriente, mayor será el ancho de la pista. En el software de diseño, existen utilidades para mantener el ancho y el espaciado correctos de las pistas en el diseño de PCB.
Serigrafía y marcas de montaje claras
Proporcionar marcas e instrucciones claras en la serigrafía, incluidos el nombre, los parámetros y otra información de cada componente, favorece la colocación correcta de los componentes por parte de los trabajadores de producción durante el proceso de ensamblaje. Al mismo tiempo, también puede ayudar al personal de mantenimiento a identificar y realizar el mantenimiento rápidamente.
Consideración de integridad de la señal
La integridad de la señal es un factor importante en las PCB de alta velocidad. Cuando hay un problema con la integridad de la señal de la PCB, esta no funcionará como se espera. La adaptación de impedancia, la diafonía y las reflexiones en la PCB pueden causar distorsión de la señal. Puede elegir un software de diseño profesional para detectar el diseño de la PCB y garantizar la integridad de la señal.
Gestión térmica
En el caso de los componentes que generan mucho calor, es necesario diseñar disipadores térmicos para garantizar que se encuentren dentro de un rango de temperatura adecuado. Los orificios pasantes pueden ayudar a los componentes a disipar el calor generado. Un disipador térmico también es un método para transferir calor a un medio de refrigeración.
Comprobación de reglas de diseño
Las reglas de diseño de PCB son las reglas que se deben seguir para el diseño de PCB, que incluyen reglas de diseño eléctrico, reglas de diseño físico y reglas de diseño de espaciado. El programa de diseño verifica el diseño para asegurarse de que cumple con las especificaciones. Cuando no cumple, se puede optimizar y ajustar a tiempo para mejorar la confiabilidad del diseño.
4 herramientas de diseño de placas PCB populares para ingenieros y diseñadores
Altium Designer
Este es un software muy famoso para diseñar PCB. Proporciona una biblioteca de componentes robusta, una interfaz de usuario intuitiva y potentes capacidades. Los usuarios novatos encontrarán este software fácil de usar, y también lo utilizan los usuarios más experimentados. Hay una función de visualización 3D que muestra el contenido de la placa en 3D mientras se diseña la placa, lo que resulta útil para verificar la orientación de los componentes de la placa. También proporciona una característica interesante para colaborar en equipo que facilita que los equipos de diseño trabajen juntos y acelera el proceso de diseño.
Cadencia Allegro
Un programa de diseño asistido por ordenador llamado Cadence Allegro acelera el proceso de diseño al automatizar el cableado, la adquisición de esquemas y la verificación de las reglas de diseño. Tiene la función de mejorar la capacidad de fabricación al optimizar la cantidad de orificios perforados y la colocación de los componentes. Las funciones más avanzadas del software son la visualización en 3D y la capacidad de verificar las reglas de diseño. Estas pueden mejorar la confiabilidad y la calidad del diseño.
KiCad
KiCad es un software de diseño de código abierto que se puede utilizar de forma gratuita. Este software es más utilizado por aficionados y pequeñas empresas. Puede intercambiar datos rápidamente con diseñadores que utilizan una variedad de sistemas operativos, incluidos Windows, Linux y macOS. KiCad tiene una comunidad de código abierto activa donde los usuarios pueden intercambiar y acceder a datos de diseño.
FácilEDA
Es una herramienta de diseño gratuita que se puede utilizar en páginas web. La biblioteca de componentes es potente y permite a los usuarios encontrar rápidamente los componentes que necesitan y luego finalizar su trabajo de diseño. Sin embargo, el rendimiento de este software no es adecuado para diseños de PCB complejos debido a sus funciones limitadas.
Palabras finales
El diseño de la placa de circuito impreso es un proceso complejo y crítico. En la etapa de diseño se deben tener en cuenta de manera integral múltiples factores, como el rendimiento, el costo, la capacidad de fabricación, etc. Dada la tendencia actual de miniaturización y el gran rendimiento de los dispositivos electrónicos en la actualidad, el diseño de la placa de circuito impreso se realiza en placas más pequeñas, lo que presenta mayores desafíos y requisitos más elevados. Es un proceso riguroso y de innovación continua, que desempeña un papel clave en el desarrollo de la placa de circuito impreso.
