La tecnología de PCB digitales ha recorrido un largo camino en el campo de la electrónica, mientras las innovaciones y los desarrollos satisfacen las demandas de dispositivos y aparatos electrónicos más rápidos, más pequeños y más económicos. Los PCB digitales constan de varios microprocesadores y otros circuitos electrónicos con capacidad para gestionar miles de operaciones por segundo. En comparación con las placas de circuito analógicas, los PCB digitales cuentan con una serie de mejoras, siendo las principales la mejor adaptación de la impedancia y el mayor control de la pérdida de inserción de las líneas de transmisión.
Fuente - ak.picdn.net
Es muy importante que los PCB digitales se diseñen y conciban minuciosamente con el objetivo de eliminar problemas como las discontinuidades de impedancia en las líneas de transmisión, el chapado incorrecto de las interconexiones de los orificios pasantes, así como otros problemas relacionados con la integridad de la señal. Los PCB digitales poseen una serie de características que les aportan una ventaja durante el funcionamiento de un circuito electrónico. Algunas de estas características son:
Existen varias similitudes y diferencias en cuanto al enrutamiento analógico y digital en los PCB en términos de condensadores de bypass, fuente de alimentación, diseño de tierra, errores de tensión, interferencia electromagnética (EMI, por sus siglas en inglés), etc. causados por el enrutamiento del PCB.
Fig. 1: - Señales analógicas y digitales
Fuente - Proto-Electronics
Los circuitos analógicos consisten en una combinación de Op-Amps, resistencias, condensadores y otros componentes electrónicos utilizados en un PCB. Estas combinaciones de diversos componentes que forman un circuito analógico pueden variar de diferentes formas. Las dos aplicaciones principales de los circuitos analógicos son:
Por otro lado, los circuitos digitales están formados por una combinación de componentes lógicos y secuenciales que se sirven de puertas lógicas que funcionan en señales digitales. En comparación con los circuitos analógicos, las señales digitales operan con la lógica de 0 y 1 para representar datos en formato digital en un único circuito integrado.
Existen ciertos factores que deberían tenerse en cuenta a la hora de seleccionar materiales para PCB digitales. Algunos de ellos son:
El fundamento o la base de una antena de PCB consiste en un sustrato y un laminado, que también determina el rendimiento del PCB. Cualidades tales como la funcionalidad, la longevidad y la rentabilidad deben considerarse prioritarias a la hora de diseñar un PCB, por lo que es crucial seleccionar el tipo de material adecuado. El material que se tiene en cuenta en el diseño de un PCB puede ejercer un efecto a corto o largo plazo sobre el rendimiento. El precio del material de un PCB es directamente proporcional al rendimiento del mismo. Si no es esencial un alto rendimiento del PCB, puede considerarse el uso de un material denominado poliéster ligero, por razón de su bajo coste y su buena versatilidad.
En la selección de los materiales, la temperatura es un parámetro que debe tenerse en cuenta. La resistencia térmica debe ser mayor que el calor producido, ya que con un exceso de calor el circuito puede fallar. La Tg (temperatura de transición vítrea) se produce en el momento en que el PCB pierde su rigidez y su capacidad de rendimiento. La Tg debe ajustarse al proceso de montaje empleado, y se recomienda una Tg con un mínimo de 170 ºC para el montaje sin plomo. Para un PCB de alto rendimiento, la Tg debe ser superior a 170ºC, mientras que un PCB estándar tiene una Tg de 130ºC. La ventaja de contar con una elevada Tg es la gran capacidad de resistencia a los productos químicos y a la humedad.
Los materiales generalmente empleados en los sustratos del PCB van desde el FR-1 y el G-10 hasta el PTFE. Los laminados están formulados con CTE, FTFE, CEM y otros componentes diversos.
La mayoría de los sistemas de diseño de PCB tienen la capacidad de transferir reglas entre el esquema y el diseño. Esto permite que el esquema controle las reglas de diseño en lugar de esperar a que se introduzcan todas las restricciones del lado del diseño, lo que representa una enorme ventaja para los diseñadores. Este nivel de organización brinda a los diseñadores la capacidad de crear reglas para la colocación de redes y componentes concretos, que son esenciales para el diseño de circuitos. La clase de red o red permite agrupar redes similares entre sí y asignarles un conjunto de reglas. Dado que las reglas de red ya están presentes en la base de datos de diseño, el diseñador no necesita depender de instrucciones escritas. Para garantizar el diseño preciso de la placa del circuito, hay algunas reglas que deben seguirse: -
Fig. 2: Categorías de instalación
Fuente- Circuitstudio
Por ejemplo, los anchos de traza únicos y los requisitos de espaciado pueden configurarse para un valor de redes concreto, un diseñador puede crear un conjunto de reglas para una categoría de potencia y añadirlas a las redes.
Fig. 3: - Diseño de trazas
Fuente - PCBDesignworld
Fig. 4: Espaciado del PCB
Fuente- Optimumdesign
Asimismo, durante el proceso de diseño, los componentes y los esquemas de los circuitos deben representarse correctamente en cualquier software de CAD, lo que permite a los diseñadores visualizar simulaciones precisas antes de la producción en serie.
En el diseño de PCB digitales, deben extremarse las precauciones durante todo el proceso de diseño para garantizar que tanto el circuito como el PCB rindan al máximo. Deben tenerse en cuenta varios factores a la hora de seleccionar el material adecuado para el PCB HDI digital. Los materiales deben tener estabilidad dimensional, elevado control de la gestión térmica, resistencia a la humedad y a los productos químicos, etc. para que la señal pase a través del PCB con fluidez y sin interrupciones. El FR4 es uno de los materiales más adecuados para el diseño de PCB digitales, debido a su elevada resistencia dieléctrica y a la integridad superior de la señal.
Antes de pasar a la producción en serie, es importante que los diseñadores simulen los componentes electrónicos y su funcionamiento en el PCB para obtener los resultados idóneos. En cuanto a los circuitos digitales de alta velocidad, el diseño de las longitudes de trazas es esencial, ya que mejora la estabilidad de la señal para una mejor transmisión de la misma. El espaciado de los componentes debe efectuarse de manera correcta, manteniendo la cercanía adecuada para evitar interferencias de las señales. Una relación de aspecto de las vías de 6:1 puede servir para realizar una fabricación y una perforación eficientes en la placa, lo que contribuye a aportar flexibilidad durante el proceso de cableado y soldadura. La mejor práctica posible para evitar las descargas electromagnéticas y sus efectos en los PCB consiste en utilizar diversos protectores, como varistores de óxido metálico, diodos de supresión de tensiones transitorias, supresores basados en polímeros, etc.
22.06.2022