Transforme el diseño de su PCB con estos 31 consejos de enrutamiento esenciales

Introducción

¿Qué es exactamente el enrutamiento de PCB y por qué es crucial en el mundo del diseño electrónico? Esta pregunta surge a menudo entre profesionales y entusiastas que profundizan en el ámbito de la fabricación de PCB y circuitos integrados. El enrutamiento de PCB es el proceso de conectar varios componentes en una placa de circuito impreso (PCB) o dentro de circuitos integrados (IC). Es un paso crítico que sigue a la colocación de los componentes, donde se determina el posicionamiento preciso de cada componente. La eficacia del enrutamiento de PCB afecta directamente el rendimiento, la confiabilidad y la capacidad de fabricación de los dispositivos electrónicos. En este artículo, exploramos las complejidades del enrutamiento de PCB y brindamos información práctica para optimizar el diseño de su PCB.

Técnicas y consejos de enrutamiento de PCB

• Consideraciones sobre la longitud del seguimiento

Uno de los aspectos fundamentales del enrutamiento de PCB es la consideración de la longitud de la traza.. Es esencial incluir la longitud de vías y las longitudes de almohadillas de paquete en tus cálculos. Este enfoque integral para medir la longitud de la traza es crucial porque afecta la integridad de la señal y sincronización del circuito. Las mediciones inexactas de la longitud de la traza pueden provocar Retrasos y reflexiones de la señal., impactando la rendimiento general de la PCB. Por lo tanto, la precisión al contabilizar cada parte de la traza, incluidas las vías y los pads, es fundamental. vital para un diseño óptimo de PCB.

• Pesca de seguimiento óptima

La orientación de las trazas en el diseño de PCB es otro factor crítico. Optando por un ángulo de 135 grados cuando se prefiere enrutar trazas a ángulos arbitrarios, como La pesca inadecuada puede provocar complicaciones en la fabricación.. Los ángulos rectos ayudan en Reducir la reflexión de la señal y los cambios de impedancia., asegurando mejor integridad de la señal y reducir el potencial de problemas de grabado durante la fabricación. Es un detalle aparentemente pequeño que puede tener implicaciones significativas para la calidad y la capacidad de fabricación de la PCB.

• Evitar ángulos agudos en el enrutamiento de trazas

Al diseñar trazas de PCB, es fundamental evitar ángulos rectos o ángulos agudos.. Las esquinas afiladas pueden provocar cambios no deseados en el ancho de la traza y la impedancia, que puede causar reflexión de la señal y, en consecuencia, problemas de integridad de la señal. Estos reflejos pueden provocar diafonía e interferencia electromagnética, potencialmente alterando la rendimiento del circuito. Como se muestra a continuación, la práctica recomendada es utilizar trazas curvas o ángulos de 45 grados para garantizar una transición más suave de las señales, lo que ayuda mantener una impedancia constante y reducir el riesgo de degradación de la señal.

• Enrutamiento de seguimiento adecuado desde los pads

Al enrutar rastros de las almohadillas de los componentes, es importante Comience desde el lado longitudinal de la almohadilla. en lugar del lado ancho o las esquinas. Lo ideal es que las huellas salgan de las pastillas de manera que se eviten cambios bruscos de dirección, con un espacio libre recomendado de al menos 6 milésimas de pulgada desde el borde de la plataforma hasta la esquina del rastro. Esta práctica ayuda a minimizar la tensión en las uniones de soldadura y reduce el riesgo de problemas de grabado durante la fabricación. El enfoque correcto para el enrutamiento desde las almohadillas no solo facilita un mejor proceso de ensamblaje sino que también contribuye a la longevidad y confiabilidad de la PCB.

• Estrategia de conexión para pads de soldadura adyacentes

Para pads adyacentes que pertenecen a la misma red, se debe evitar una conexión directa. En cambio, el Los rastros deben extenderse desde las almohadillas antes de conectar.. Este enfoque previene la formación de puentes de soldadura durante la soldadura manual, lo que podría conducir a Corto circuitos. Por extendiendo las huellas primero, hay más espacio para trabajar, reduciendo el riesgo de errores de soldadura y asegurando un conexión más limpia y confiable.

• Enrutamiento simétrico para componentes de chips pequeños

La simetría en el enrutamiento de trazas es particularmente importante cuando se trata de componentes de chips pequeños.. Es crucial garantizar que la Las huellas en ambos extremos de un componente mantienen un ancho constante.. Si un pin está conectado con un vertido de cobre, el pin opuesto debería tener un diseño similar. Este El enrutamiento equilibrado ayuda a evitar que el componente se mueva o gire durante el proceso de soldadura., cual es vital para mantener la integridad del conjunto de PCB.

• Puesta a Tierra y Colocación de Vías GND

Para señales que requieren conexión a tierra, es imperativo mantener la integridad del plano de tierra.. Se recomienda Coloque las vías GND (tierra) estratégicamente a lo largo de las líneas de tierra.. El La distancia entre dos vías GND no debe ser demasiado grande.; Lo ideal es que esté dentro del rango de 50-150 milésimas. La colocación adecuada de las vías GND garantiza un plano de tierra fuerte y continuo., cual es crucial para la integridad de la señal y para minimizar la interferencia electromagnética. La siguiente imagen ilustra la Prácticas de conexión a tierra preferidas para señales que requieren una referencia a tierra..

• Garantizar una capa de referencia continua para el enrutamiento de señales de alta velocidad

Los seguimientos de señales de alta velocidad requieren un plano de referencia continuo e ininterrumpido para mantener la integridad de la señal.. Es crucial Evite el enrutamiento de la señal a través de diferentes zonas donde el plano de referencia puede verse interrumpido.. Para señales de alta velocidad, se recomienda que el rastreo mantenga un distancia mínima de 40 mils desde el borde del plano de referencia. Esto ayuda a prevenir problemas como discontinuidades de impedancia y reflexiones de señal. que pueden degradar el rendimiento del circuito. La imagen adjunta demuestra la prácticas de enrutamiento ideales para señales de alta velocidad, asegurando que permanezcan dentro de un plano de referencia continuo para rendimiento óptimo.

• Control de impedancia para almohadillas de dispositivos de montaje en superficie (SMD)

Las almohadillas de los dispositivos montados en superficie (SMD) pueden causar una reducción en la impedancia, lo que puede provocar discontinuidades de impedancia que afecten la integridad de la señal. Para mitigar este problema, Es recomendable eliminar una capa del plano de referencia directamente debajo de las almohadillas SMD, haciendo coincidir el tamaño de las almohadillas.. Esta técnica ayuda a Minimizar el cambio abrupto en la impedancia.. Los componentes SMD comunes que se benefician de esta práctica incluyen Condensadores, supresores de ESD, bobinas de modo común y conectores.. La siguiente imagen ilustra la modificación recomendada del plano de referencia debajo de las almohadillas SMD para un mejor control de la impedancia.

• Minimizar el área del bucle en el enrutamiento de señales

En el diseño de PCB, es fundamental Minimizar el área del bucle formada por las trazas de señal y sus rutas de retorno.. Un área de bucle más pequeña reduce la radiación electromagnética emitida por la traza y también disminuye la susceptibilidad del circuito a interferencias externas. Como se muestra en la imagen siguiente, el método de enrutamiento correcto implica hacer que la ruta de la señal sea lo más directa posible, minimizando así el área del bucle. Esta práctica no solo mejora la integridad de la señal sino que también mejora la compatibilidad electromagnética (EMC) general de la PCB.

• Minimizar los trozos en el enrutamiento de PCB

Al enrutar PCB, es imperativo evitar la creación de talones. Un trozo, que es un segmento no conectado de una traza, puede actuar como una antena no deseada, introduciendo reflejos y degradación de la señal. Lo mejor es diseñar trazas de modo que el la longitud del trozo es efectivamente cero. Además, el efecto de a través de talones(restos de un rastro dejado en una vía después de que una señal cambia de capa) deben considerarse, especialmente cuando la longitud del trozo excede 12 milésimas de pulgada. En tales casos, es aconsejable evaluar el impacto de los ramales de vía en la integridad de la señal mediante simulación. Técnicas como perforación posterior Se puede utilizar para eliminar el exceso de material y preservar la integridad de la señal. Las imágenes siguientes proporcionan una guía visual sobre cómo evitar trozos en el diseño de PCB, tanto en trazas como en vías.

• Evitar la formación de bucles en diferentes capas

En los diseños de PCB multicapa, es crucial Evite crear bucles con trazas en diferentes capas.. Estos bucles pueden actuar como antenas, causando potencialmente interferencia radiativa que pueden alterar la funcionalidad del circuito. Garantizar que las pistas se enrutan para evitar la formación de bucles es una consideración clave en el diseño, especialmente cuando se trata de señales de alta frecuencia donde el potencial de interferencia es mayor. La siguiente imagen muestra cómo enrutar las trazas correctamente para evitar la formación de bucles y minimizar el riesgo de interferencia radiativa.

• Colocación de puntos de prueba en señales de alta velocidad

Para trazas de señales de alta velocidad, generalmente se recomienda abstenerse de colocar puntos de prueba. Los puntos de prueba pueden introducir discontinuidades y desajustes de impedancia, lo que puede provocar problemas de integridad de la señal, como reflexiones y atenuación. En aplicaciones de alta velocidad, incluso las pequeñas discontinuidades pueden interrumpir significativamente la transmisión de la señal, por lo que mantener un trazado fluido y consistente sin puntos de prueba es crucial para preservar la calidad de la señal.

• Blindaje para señales sensibles o propensas a interferencias

Las señales que son propensas a sufrir interferencias o son particularmente sensibles, como las señales de radiofrecuencia (RF), requieren una planificación cuidadosa para blindaje. La implementación de un escudo, generalmente con un ancho de al menos 40 mils (aunque se recomienda mantener un mínimo de 30 mils y se puede confirmar con el fabricante), puede reducir significativamente la interferencia. Además, colocar numerosas vías de tierra en el blindaje puede mejorar su efectividad al garantizar una conexión sólida al plano de tierra y mejorar la calidad de la soldadura.

• Ancho de traza uniforme dentro de la misma red

Mantener un ancho de traza uniforme dentro de la misma red es fundamental para lograr una impedancia característica constante. Las variaciones en el ancho del trazo pueden causar Impedancia desigual, lo que provoca reflejos de señal., especialmente a velocidades de transmisión más altas. Si bien ciertas condiciones, como las salidas de los conectores o los paquetes Ball Grid Array (BGA), pueden requerir cambios en el ancho de la traza debido al espacio limitado, es importante minimizar la longitud de cualquier sección donde el ancho del trazo no sea consistente. Esto ayuda a reducir el impacto en la integridad de la señal.

• Anchos de traza para pines de IC

Para rastros que salen de Pines del circuito integrado (IC), el El ancho del trazo debe ser menor o igual al ancho de la almohadilla.. Es fundamental evitar que el ancho de la pista sea mayor que el ancho de la almohadilla para evitar problemas de soldadura y garantizar la integridad de la conexión eléctrica. Para ciertas señales que requieren trazas más anchas debido a una mayor capacidad de carga actual, las huellas se pueden ampliar aproximadamente 6-10 mils más allá de la almohadilla para adaptarse al aumento de corriente sin comprometer la conexión. Esta práctica garantiza que la traza pueda manejar la corriente requerida y al mismo tiempo mantener una conexión sólida con la plataforma IC.

• Seguimiento de conexiones a pads y vías

Es fundamental que las trazas deben conectarse al centro de pads y vías. Esta precisión garantiza un rendimiento eléctrico y de soldadura confiable. Cualquier desalineación puede provocar uniones de soldadura débiles o incluso circuitos abiertos, lo que perjudica la funcionalidad de la PCB. Al centrarse en el centro de los pads y las vías, los diseñadores pueden evitar estos problemas y mantener la integridad de las conexiones del circuito.

• Distancia de fuga para señales de alto voltaje

Para señales de alto voltaje, asegurando una adecuada distancia de fuga Es esencial para mantener la seguridad y evitar averías eléctricas. La fuga es el camino más corto entre dos partes conductoras, o entre una parte conductora y la superficie delimitadora del equipo, medida a lo largo de la superficie del aislamiento. Lo especifico requisitos de distancia de fuga varían según los niveles de voltaje y las condiciones de uso, pero son fundamentales para cumplir con los estándares de seguridad.

Los parámetros para las distancias de fuga son los siguientes:

• Topología de enrutamiento para múltiples chips de memoria o DDR

En diseños que incorporan múltiples módulos DDR u otro chips de memoria, es esencial confirmar la topología de enrutamiento. La topología se refiere al diseño físico de las interconexiones entre los componentes de la memoria, lo que puede afectar significativamente el rendimiento y la estabilidad. Los diseñadores deben asegurarse de que exista un documento de referencia o un estándar a seguir que defina la estrategia de enrutamiento óptima para estos componentes, considerando factores como la coincidencia de la longitud de la traza y la integridad de la señal. Tener una topología de enrutamiento bien planificada es crucial para el correcto funcionamiento de las interfaces de memoria, especialmente en aplicaciones de alta velocidad donde la sincronización y la calidad de la señal son primordiales.

• Espacio libre para regiones Gold Finger en PCB multicapa

En diseños de PCB multicapa, el regiones de dedos de oro—Las áreas de la PCB que hacen contacto con los conectores—requieren una atención especial. Es necesario crear un espacio libre quitando el cobre (conocido como “ventana” o “ranura”) debajo de los dedos dorados en todas las capas. Esta holgura evita cortocircuitos y garantiza que los dedos dorados establezcan conexiones confiables. El área de cobre removida generalmente debe extenderse al menos 3mm más allá del borde de la PCB para garantizar que no haya interferencia con el marco de la placa o la carcasa. El espacio libre adecuado es crucial para la funcionalidad y para evitar daños durante la inserción o el uso.

• Planificación estratégica de rutas en lugares con cuellos de botella

Al diseñar una PCB, es crucial planificar estratégicamente las ubicaciones de cuellos de botella dentro de los canales de enrutamiento. Estas son áreas donde el camino se estrecha, lo que potencialmente limita el espacio disponible para los rastros. Planificación anticipada de los tramos más estrechos del canal puede garantizar que el ancho y el espaciado de la traza sean adecuados para los requisitos de la señal, evitando problemas como la diafonía y la falta de coincidencia de impedancia. Una planificación adecuada ayuda a mantener la integridad de la señal y reduce la necesidad de revisiones de diseño posteriores.

• Colocación de condensadores de acoplamiento

Para un rendimiento óptimo en el diseño de PCB, Los condensadores de acoplamiento deben colocarse lo más cerca posible de los conectores. están asociados con. Esta proximidad minimiza el área del bucle y, por tanto, reduce la interferencia electromagnética (EMI). También garantiza que cualquier ruido presente en las líneas de señal se desvíe rápidamente a tierra antes de que pueda afectar otras partes del circuito. La ubicación estratégica de los condensadores de acoplamiento es una consideración clave en el diseño de circuitos de alta velocidad para mantener la integridad de la señal y minimizar posibles problemas de ruido.

• Colocación de resistencias en serie y de terminación

En el diseño de PCB, resistencias en serie debe colocarse cerca del dispositivo transmisor, mientras resistencias de terminación están mejor ubicados cerca del extremo receptor. Por ejemplo, se recomienda ubicar las resistencias en serie en una señal de reloj eMMC dentro de 400 milésimas de la CPU. Esta ubicación garantiza que se mantenga la integridad de la señal al hacer coincidir la impedancia y minimizar los reflejos, lo cual es fundamental para las señales de alta velocidad que generalmente se encuentran en las interfaces de memoria y procesador.

• Colocación a través de tierra para almohadillas IC

Se recomienda colocar al menos una vía de tierra en cada plataforma de tierra de los circuitos integrados, como los chips de memoria eMMC o FLASH. Esta práctica efectivamente acorta el camino de regreso para señales, lo cual es vital para mantener la integridad de la señal y reducir la interferencia electromagnética (EMI). La colocación adecuada de la conexión a tierra puede mejorar significativamente el rendimiento eléctrico de los circuitos digitales de alta velocidad al proporcionar una ruta a tierra de baja impedancia.

• Colocación a través de tierra para dispositivos ESD

Para Dispositivos de protección contra descargas electrostáticas (ESD), es aconsejable colocar una vía de tierra en cada plataforma de tierra. Esta configuración garantiza que la corriente ESD pueda enrutarse rápida y eficientemente al plano de tierra, mejorando el efecto protector. Las vías de tierra deben colocarse lo más cerca posible de las almohadillas para minimizar la inductancia y la resistencia del camino a tierra. La siguiente imagen muestra la ubicación recomendada de vías de tierra para dispositivos ESD para maximizar su efectividad.

• Consideraciones de enrutamiento alrededor de componentes sensibles

En el diseño de PCB, es crucial Evite enrutar rastros alrededor de componentes sensibles. como cristales, osciladores, generadores de reloj, distribuidores de reloj, fuentes de alimentación conmutadas, dispositivos magnéticos y orificios pasantes para conectores. Estos componentes suelen ser susceptibles al ruido y pueden ser ellos mismos fuentes de interferencias. Las trazas enrutadas demasiado cerca de estos componentes pueden introducir ruido no deseado o verse afectadas por la interferencia, lo que genera posibles problemas con la integridad de la señal y el rendimiento del circuito. Por lo tanto, mantener un área despejada alrededor de estos componentes es esencial para garantizar la estabilidad y confiabilidad de la PCB.

• Transición de capas y gestión de vías para la integridad de la señal

En el diseño de PCB, cuando una traza de señal cambia de capa y ambas capas están referenciadas al plano de tierra, es importante colocar una vía de tierra adyacente a la vía de señal. Esto asegura la continuidad del camino de retorno y mantiene la integridad de la señal. Para señales diferenciales, tanto la vía de señal como la vía de tierra que la acompaña deben colocarse simétricamente para preservar la impedancia del par diferencial y minimizar la diafonía. En el caso de señales de un solo extremo, colocar una vía de tierra de retorno junto a la vía de señal reduce la diafonía entre vías y respalda la integridad de la señal.

• Espacio libre de cobre a tierra para conectores

Al diseñar conectores de PCB, es fundamental garantizar que el cobre a tierra se extienda una distancia de al menos tres veces el ancho de la traza lejos de los paneles de señales. Este espaciado, denominado ≥3W en términos técnicos, ayuda a prevenir la diafonía y la interferencia electromagnética (EMI) entre la tierra y las líneas de señal, lo cual es vital para mantener la integridad de la señal. La siguiente ilustración muestra la separación de cobre a tierra recomendada para los conectores, un parámetro de diseño clave para una disposición robusta de PCB.

• Mantener la integridad del avión en las regiones BGA

Para áreas bajo Paquetes Ball Grid Array (BGA), Es importante Mantener la integridad de las capas planas.. Si hay una rotura en el avión, se debe salvar con pistas o modificar el tablero mediante un proceso llamado “adelgazar” o “esculpir” para asegurar la continuidad. Esta práctica evita comprometer la Efectividad de los aviones de potencia o de tierra., lo que puede provocar problemas con la distribución de energía y la integridad de la señal. La siguiente imagen ilustra el método correcto para cerrar cualquier espacio en el plano debajo de las regiones BGA, lo cual es esencial para el correcto funcionamiento de la PCB.

• Blindaje de tierra en el enrutamiento de PCB

Cuando el enrutamiento de PCB implica blindaje de tierra, se recomienda seguir las prácticas como se muestra en la imagen. l representa el espacio entre las vías de tierra en el blindaje, y D Indica la distancia entre el blindaje de tierra y las trazas de señal. Para un blindaje eficaz, la distancia D debe ser al menos cuatro veces el ancho de la traza (≥4*An). Esto garantiza una interferencia mínima desde el blindaje de tierra a las líneas de señal, manteniendo la integridad de la señal en toda la PCB.

• Blindaje de tierra para señales de un solo extremo de alta velocidad

Ciertos críticos señales de un solo extremo de alta velocidad, como señales de reloj y líneas de reinicio (p. ej., emmc_clk, emmc_datastrobe, RGMII_CLK), deben protegerse con una traza de tierra. Es aconsejable colocar tierra al menos en cada 500 milésimas de pulgada a lo largo del blindaje de tierra para asegurar un camino efectivo de baja impedancia a tierra. Esta práctica ayuda a minimizar el ruido y preservar la integridad de la señal para estas señales sensibles de alta velocidad. La siguiente imagen muestra la ubicación recomendada de vías de tierra a lo largo del blindaje de tierra para tales señales.

Conclusión

Nuestro viaje a través de los conceptos básicos del diseño de PCB se ha enriquecido con los conocimientos proporcionados por Huowa de Zhihu. Con el permiso de Huowa, hemos adaptado sus consejos expertos para que se ajusten a nuestra narrativa, con el objetivo de compartir con usted una guía clara y práctica.