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La importancia del plano de tierra de PCB y las técnicas de diseño efectivas

Vistas: 1269 Escrito por: Editor del sitio Hora de publicación: 2023-06-27 Origen: Planta

Para el diseño de PCB, el plano de tierra de la PCB es uno de los factores importantes que se deben considerar. Sin un plano de tierra bien diseñado, la placa de circuito puede no funcionar como se espera y podría ser susceptible a diversas formas de interferencia y ruido eléctrico.

plano de tierra de PCB

Hoy, echemos un vistazo a lo que es el plano de tierra de la PCB y exploremos algunos consejos sobre cómo garantizar que sirva como una base sólida para su placa de circuito.

¿Qué es un plano de tierra en una PCB?

El plano de tierra de la PCB es un componente esencial en el diseño de la placa de circuito, que consta de una capa de lámina de cobre que se conecta directamente a la tierra del circuito. Sirve como ruta de retorno para los componentes y la corriente en el circuito, lo que simplifica el diseño del circuito al eliminar la necesidad de trazas de tierra.

El plano de tierra puede ocupar una pequeña porción o una capa completa de la PCB, lo que facilita un retorno de voltaje eficiente, recuperación de señal y reducción de ruido. La implementación adecuada de la técnica del plano de tierra es crucial para evitar problemas como cruces de señales, bucles de tierra e interferencias de ruido electromagnético, lo que garantiza un rendimiento óptimo del dispositivo.

El plano de tierra de la PCB tiende a alterarse según los modelos de la placa de circuito. Por ejemplo, en una PCB de dos capas, la mayor parte de la capa inferior se usa para el plano de tierra. Por otro lado, toda la capa se utiliza para la puesta a tierra en las placas de varias capas para evitar cualquier tipo de bucles de tierra, rastros de señal y problemas adicionales.

¿Por qué es importante el plano de tierra de la PCB?

Un plano de tierra en una placa de circuito impreso suele ser una gran área de metal conectada a la tierra del circuito. Esta área de metal a veces es solo una pequeña parte de la placa o, en diseños de varias capas, puede ser una capa completa de la placa. Incluso puede ocupar varios niveles, según las necesidades del diseño. Los planos de tierra cumplen tres propósitos importantes en las placas de circuito impreso.

Retorno de voltaje

La mayoría de los componentes de la PCB se conectarán a una red eléctrica y luego el voltaje de retorno regresará a través de la red de tierra. en solo o tableros de doble capaPor lo general, se utilizan trazos más anchos para enrutar las redes terrestres. Sin embargo, en tableros multicapa, dedicar una capa entera como plano de tierra simplifica el proceso de conectar cada componente a la red de tierra. Este enfoque elimina la necesidad de un extenso enrutamiento de rastreo a tierra y garantiza una ruta de retorno de voltaje más eficiente y confiable.

Un apilamiento de PCB multicapa con más de cuatro capas necesita más atención. Se utilizan materiales de alta calidad para crear una conexión sólida entre las redes de tierra y los componentes del circuito. Esto asegura que el voltaje, que se genera cuando la mayoría de los componentes se conectan a la red eléctrica, se distribuye correctamente a través de la red de tierra.

Retorno de señal

Las señales regulares también necesitan un retorno, y para los diseños de alta velocidad es importante que tengan un camino de retorno despejado en el plano de tierra. Sin esta ruta de retorno clara, estas señales pueden causar mucha interferencia al resto de la PCB.

Reducir el ruido y la interferencia

Una gran cantidad de energía generalmente se descarga a través del circuito de tierra cuando ocurre un cambio en la posición del circuito digital. Esta acción crea ruido e interferencia que puede evitar integrando los planos de tierra.

Integridad de poder

Los PCB a menudo comprenden componentes electrónicos que requieren mucha energía durante la operación. Por lo tanto, los planos de tierra de la PCB suavizan los picos de potencia creados por esta operación.

Pautas de diseño de PCB para planos de tierra

Cuando trabaje con la tierra en el diseño de su PCB, aquí hay algunas recomendaciones de diseño que lo ayudarán a crear el sistema de tierra más robusto posible:

  • Mantener la continuidad: Asegúrese de que el plano de tierra mantenga la continuidad en toda la PCB, evitando segmentaciones o roturas. Esto ayuda a proporcionar una ruta de tierra uniforme y reduce la impedancia para el flujo de retorno actual.

  • Diseño adecuado: Planifique cuidadosamente el posicionamiento y la forma del plano de tierra en el diseño. Minimice la longitud de las rutas de tierra y el área de los bucles de corriente para mejorar la eficacia de la conexión a tierra.

  • Expansión adecuada: Si es posible, aumente el tamaño del plano de tierra, especialmente en circuitos de alta frecuencia o alta potencia. La expansión del plano de tierra reduce la densidad de corriente, lo que minimiza los problemas de diafonía de la señal y la interferencia electromagnética.

  • Evite el acoplamiento entre capas: En PCB multicapa, tome precauciones para evitar el acoplamiento entre capas. Utilice el aislamiento y la planificación adecuados entre capas para reducir la interferencia entre los rastros de señal.

  • Gestión térmica: Tenga en cuenta la disipación de calor y la gestión térmica al diseñar el plano de tierra de la PCB. Diseñe el plano de tierra de una manera que ayude con la disipación de calor y garantice que la temperatura de la placa de circuito se controle dentro de un rango razonable.

Técnicas de puesta a tierra de PCB para el diseño de PCB

Aquí hay algunas técnicas comunes de conexión a tierra utilizadas en el diseño de PCB:

Plano terrestre

Un plano de tierra se refiere a una gran área de cobre en una PCB que está conectada a tierra. En una placa de circuito impreso de dos capas, generalmente se encuentra en la capa inferior, mientras que la capa superior aloja trazas y componentes. En el caso de una PCB multicapa, uno de los capas internas de cobre normalmente se dedica como el plano de tierra.

Para optimizar el uso de un plano de tierra, se recomienda mantener los trazos de señal lo más cortos posible y colocar el plano de tierra para cubrir toda el área debajo de ellos. Este enfoque de diseño ayuda a prevenir la formación de un bucle conductor que actúa como inductor, lo que reduce la generación de campos magnéticos externos que podrían provocar la aparición de una corriente eléctrica de bucle a tierra.

Vías terrestres

En una PCB multicapa, los planos de tierra en diferentes capas están interconectados mediante vías, lo que permite el acceso al plano de tierra desde cualquier lugar de la placa. Estas vías sirven para reducir los bucles de tierra dentro del sistema y proporcionar una ruta de baja impedancia para el retorno de la corriente.

Para minimizar el impacto de las secciones de cobre resonantes, es recomendable establecer conexiones lo más cortas posibles entre los componentes utilizando técnicas de impedancia controlada. Además, la ubicación estratégica de las vías de costura conectadas a tierra puede eliminar de manera efectiva estas oscilaciones al crear un camino capacitivo de regreso al suelo. Como pauta general, se recomienda colocar estas vías de tierra a distancias iguales o menores a 1/8 de longitud de onda del conductor correspondiente.

Conexión a tierra

Los conectores de PCB deben conectarse a tierra y los conductores de señal deben separarse mediante clavijas de conexión a tierra para funcionar en paralelo. Es importante evitar depender de un solo pin de conector para evitar problemas de desajuste de impedancia y oscilaciones. Para garantizar la estabilidad y minimizar la resistencia de contacto, utilice varios pines de conexión a tierra, lo que idealmente representa alrededor del 30-40 % del total de pines del conector en la PCB.

En conclusión, el plano de tierra de la PCB es un elemento crucial en los diseños de PCB y requiere un diseño cuidadoso para una funcionalidad y beneficios óptimos para la placa de circuito. Las pautas de diseño y los consejos proporcionados ofrecen una valiosa ayuda en este proceso. Sin embargo, si enfrenta algún desafío, siéntase libre de contáctenos para la asistencia y el apoyo de expertos.

Sobre el Autor

Soy el supervisor de ingeniería y ventas que trabaja en Victorypcb desde 2015. Durante los últimos años, he sido responsable de todas las exposiciones en el extranjero como EE. UU. (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) y Japón (Nepcon), etc. Nuestra fábrica fundada en 2005, ahora tenemos 1521 clientes en todo el mundo y ocupamos muy buena reputación entre ellos.

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