Diretrizes de Layout de Projeto de PCB
Uma visão geral ou tutorial sobre os fundamentos das diretrizes de projeto de PCB e os pontos a serem observados durante o projeto de PCB e o layout da placa de circuito impresso.
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Nosso tutorial sobre projeto do PCB inclui:
Noções básicas de design de PCB | Captura e desenho esquemático | Layout / roteamento de PCB | Diretrizes de projeto de PCB | Integridade do sinal PCB
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Placa de circuito impresso, design de PCB, é um dos elementos de design mais importantes no design de um produto eletrônico. Na maioria dos casos, um engenheiro de projeto de hardware eletrônico projetará o circuito e, em seguida, um especialista em layout de PCB realizará o layout e o design do PCB a partir de um esquema fornecido usando um sistema PCB CAD.
O layout e design de PCB é uma habilidade especializada que requer conhecimento não apenas do software de design de PCB e do sistema PCB CAD, mas também de uma variedade de padrões e técnicas usadas para garantir que o design de circuito básico seja transferido com sucesso para uma placa de circuito impresso geral que podem ser fabricados em um ambiente de fabricação de circuitos eletrônicos.
Para que uma placa de circuito impresso possa ser projetada de forma satisfatória, muitas vezes ajuda ter algumas diretrizes que podem ser seguidas, embora nada substitua a experiência.
Diretrizes de projeto de PCB
Existem muitas ideias e diretrizes que podem ser elaboradas para o projeto e layout de uma placa de circuito impresso. A lista abaixo abrange vários deles. Obviamente, existem mais, e a lista de diretrizes de design de PCB abaixo não deve ser considerada uma lista completa.
Para que as diretrizes de projeto de PCB possam ser seguidas com mais facilidade, as diretrizes são divididas em seções:
- Diretrizes de design de restrição de placa – aquelas que cobrem as restrições iniciais na placa
- Diretrizes gerais de design de layout
- Diretrizes associadas aos planos ou camadas
- Acompanhe as diretrizes de design
- Problemas térmicos
- Integridade do sinal e considerações de RF
Estas formam algumas das principais áreas a serem consideradas para projetar um PCB. Para alguns projetos, algumas das diretrizes de projeto de PCB serão mais importantes do que outras, e muitas vezes será necessário fazer julgamentos para equilibrar um requisito em relação ao outro.
Diretrizes de projeto de PCB de restrição de placa
Essas diretrizes de design de PCB estão associadas às restrições da placa geral: tamanho, forma e alguns dos fatores que afetam o design ou conceito geral do PCB. Esses devem ser alguns dos primeiros fatores a serem abordados.
- Escolha pontos de referência adequados ao processo de fabricação. Normalmente é necessário ter furos ou pontos de referência na placa. Estes são usados para máquinas pick and place e dispositivos de teste. Eles devem ser escolhidos de acordo com o processo de fabricação do PCB. Freqüentemente, eles podem ser orifícios para acessórios, mas também podem ser marcas cruzadas para sensores ópticos. Eles devem estar livres de componentes e não obscurecidos.
- Permitir área de placa adequada para o circuito Freqüentemente, as dimensões da placa serão definidas pelo tamanho geral do produto, mas antes do início do projeto da placa de circuito impresso, devem ser feitas estimativas sobre o tamanho da placa e se ela pode acomodar os componentes e seus trilhos.
- Determine o número de camadas necessárias É aconselhável determinar o número de camadas de trilha necessárias na placa de circuito impresso no início do projeto. Camadas adicionais aumentam os custos de produção, mas podem significar que os trilhos podem ser acomodados. Projetos complexos podem ter muitos trilhos e pode não ser possível encaminhá-los, a menos que haja camadas suficientes disponíveis.
- Considere o método de montagem da placa É necessário considerar como a placa de circuito impresso será montada no início do projeto. Diferentes métodos de montagem podem exigir que diferentes áreas da placa sejam mantidas livres ou podem ocupar diferentes áreas da placa.
Diretrizes gerais de design de PCB de layout
Essas diretrizes de projeto de PCB devem ser abordadas antes do início do projeto principal do circuito. Eles devem ser efetivamente alguns dos primeiros elementos do posicionamento do componente.
- Desenhar e planejar a visão geral de onde as diferentes áreas do circuito estarão localizadas Uma das primeiras partes do layout do circuito é desenhar um plano aproximado de onde os principais componentes e áreas de componentes serão localizados. Desta forma, as passagens críticas da pista podem ser avaliadas juntamente com o julgamento do projeto mais conveniente
Diretrizes de projeto de PCB associadas aos planos ou camadas usadas
É prática comum usar uma camada ou plano completo para terra ou trilhos de energia. A maneira mais eficaz de usá-los deve ser considerada no início do projeto do PCB.
- Considere se planos completos serão usados para energia, terra, etc. É uma prática comum usar um plano completo para terra e alguns trilhos principais de energia. Isso tem vantagens em termos de ruído e capacidade de corrente.
- Evite planos parciais É aconselhável evitar deixar grandes lacunas nos planos terrestres ou planos de energia, ou ter planos parciais em uma determinada área do tabuleiro. Isso pode criar tensões na placa que podem levar ao empenamento durante a fabricação da placa nua ou posteriormente, quando a placa estiver aquecendo durante o processo de soldagem. O empenamento após a adição de componentes de montagem em superfície pode levar a fraturas de componentes e, portanto, a uma alta taxa de falhas funcionais.
Acompanhe as diretrizes de design
Considerações sobre os aspectos das trilhas na própria placa de circuito impresso precisam ser feitas em um estágio inicial, pois podem ser necessárias compensações.
- Determinar a largura padrão da via a ser utilizada É necessário equilibrar o tamanho da via padrão a ser utilizada dentro do projeto. Se as pistas forem muito estreitas e muito próximas há maior possibilidade de ocorrência de curto. Além disso, se eles forem muito largos e muito distantes, isso pode restringir o número de trilhas em uma determinada área e isso pode forçar o uso de planos adicionais nas placas para garantir que o design do PCB possa ser roteado.
- Considere o tamanho da trilha para linhas que transportam corrente As trilhas finas usadas nas placas de circuito impresso de hoje podem transportar apenas uma corrente limitada. Deve-se levar em consideração o tamanho da via para qualquer um que transporte trilhos de energia em vez de sinais de baixo nível. A tabela abaixo fornece algumas larguras de trilha ou um aumento de temperatura de 10 graus C para placas de cobre de diferentes espessuras.
| CORRENTE MÁXIMA RECOMENDADA PARA TRILHAS PCB | ||
|---|---|---|
| CORRENTE (AMPERES) | LARGURA PARA PLACA DE 1 OZ (MIL) | LARGURA PARA PLACA DE 2 ONÇAS (MIL) |
| 1 | 10 | 5 |
| 2 | 20 | 15 |
| 3 | 50 | 25 |
- Fixe o pad da placa de circuito impresso à proporção e tamanho do furo No início do projeto da placa de circuito impresso, será necessário determinar as dimensões do pad e do furo. Normalmente, é usada uma proporção de cerca de 1,8: 1 (almofada: orifício), embora às vezes uma almofada 0,5 mm maior que o orifício seja usada como medida. Isso permite tolerâncias de furação, etc. O fabricante da PCB nua poderá aconselhar sobre os padrões exigidos para seu processo. A proporção torna-se mais importante à medida que o tamanho das almofadas e orifícios diminui, e é particularmente importante para orifícios de passagem.
- Determinar as formas do pad PCB As bibliotecas de componentes associadas aos sistemas PCB CAD terão bibliotecas para o esquema e pegadas de PCB para os diferentes componentes. No entanto, estes podem variar de acordo com o processo de fabricação. Normalmente, eles precisam ser grandes para soldagem por onda do que para soldagem por refluxo infravermelho. Assim, o processo de fabricação precisa ser determinado antes do início do projeto, para que os tamanhos ideais de almofada possam ser escolhidos e usados no sistema PCB CAD e, portanto, na própria placa de circuito impresso.
Problemas térmicos
Embora para muitas placas de circuito impresso menores os problemas térmicos não representem um problema, com velocidades de processamento mais altas e densidades de componentes mais altas para PCBs modernos, os problemas térmicos podem começar a se tornar um obstáculo significativo.
- Deixe espaço suficiente para resfriamento ao redor dos componentes quentes Os componentes que dissipam grandes quantidades de calor podem exigir espaço adicional ao redor deles. Deixe espaço suficiente para dissipadores de calor que possam ser necessários.
Integridade do sinal e considerações de RF
Existem muitos problemas com o projeto de PCB associados à integridade do sinal, RF e considerações de EMC. Muitas das maneiras de evitar problemas estão associadas à maneira como as trilhas são roteadas.
- Evite executar trilhas em paralelo As trilhas que correm em paralelo por qualquer comprimento terão um nível mais alto de diafonia com sinais em uma trilha aparecendo na outra. Crosstalk pode levar a uma variedade de problemas no circuito e pode ser muito difícil de eliminar uma vez que a placa de circuito impresso tenha sido projetada e construída.
- Quando as trilhas precisam se cruzar, faça com que se cruzem em ângulos retos. Para reduzir o nível de diafonia gerado, quando duas linhas de sinal precisam se cruzar, elas devem se cruzar em ângulos retos para reduzir o nível de capacitância e indutância mútua entre as duas linhas.
Há uma série de diretrizes de projeto de PCB que podem ser documentadas. As diretrizes de projeto de PCB aqui são apenas algumas das muitas que podem ser concebidas, mas podem formar a base de um conjunto de diretrizes que podem ser usadas no projeto geral de PCB.
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