Revisión de diseño de PCB: desacoplamiento, derivación y conexión a tierra

Grabar PCB en casa es divertido, pero el proceso hace que el diseño de PCB sea un poco complicado para los aficionados como nosotros. La restricción más importante es que es difícil hacer agujeros pasantes enchapados. Y esos son esenciales para soldar componentes a placas de doble cara como la suya.

Si tiene su placa hecha en una casa fabulosa, obtendrá todas las vías y orificios de su PCB chapados como en la imagen a continuación. Eso es bueno porque luego puedes soldar todos los componentes en la parte inferior de tu placa y terminar. Eso es posible porque todas las pistas en la parte superior se unirán a la capa inferior en los orificios chapados, lo que garantiza la continuidad.

^{(Imagen de RobotRoom.com )}

Si no domina algún tipo de galvanoplastia de orificio pasante en casa (un proceso que involucra productos químicos desagradables), no obtendrá esos orificios enchapados. El resultado final es que tendrás que soldar las almohadillas de los componentes en la parte superior de tu placa siempre que haya una pista que las alcance.

La soldadura en la capa superior puede ser inconveniente en el mejor de los casos, o simplemente imposible, según el componente y el diseño de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, los encabezados son de fácil acceso desde la parte inferior, pero generalmente tienen un soporte de plástico que les brinda resistencia mecánica y que se asienta al ras sobre el tablero. Los enchufes DIP también traen problemas, ya que también se colocan al ras en la parte superior.

La soldadura de componentes en la capa superior suele ser una mala idea también porque dificulta el mantenimiento. Puede ensamblar su tablero en un orden que le permita acceder a las almohadillas difíciles de alcanzar, pero cuando todos los componentes estén colocados, es posible que se quede sin acceso a esas almohadillas. En mi experiencia, debido a que estas almohadillas son más difíciles de alcanzar, la calidad de la soldadura sufre y estas almohadillas terminan siendo las primeras en fallar.

Para solucionar esos problemas, le sugiero que haga lo siguiente:

1. Diseñe tableros de una sola cara siempre que pueda. Use su esquema como un ejercicio, por ejemplo. Intente colocar sus componentes con cuidado para que faciliten el enrutamiento de un solo lado e intente enrutar todas las pistas que pueda en la capa inferior. Por lo general, cambio las asignaciones de pines si facilita el enrutamiento. Si necesita cruzar pistas, use puentes simples (generalmente uso restos de componentes de orificio pasante para eso). Uso la capa superior para representar los puentes. Además, planee usar resistencias y capacitores como puentes. Hice exactamente eso en la imagen a continuación, en los pines 2 y 3 de ATmega328P: serie TX y RX.

2. Si no puede hacer un tablero de un solo lado por alguna razón, asegúrese de que sus pistas solo cambien de lado en las vías, como en los lugares marcados en naranja en la imagen a continuación, y no en los pads de componentes. Luego puede soldar un trozo de cable en ambos lados de su placa en esas vías. Esto hará que la solución sea mucho más robusta que soldar las almohadillas de los componentes.

3. Haga las vías realmente grandes (yo uso 0,07 pulgadas o ~1,8 mm). Si sigue la regla n.º 2 anterior y solo hace que las pistas cambien de lado en las vías, esas vías grandes son las únicas características que tendrá que hacer coincidir entre ambos lados de su tablero. Las grandes vías facilitan el proceso de registro de tableros de dos caras.

4. También trato de apegarme a la cuadrícula de 0,05 pulgadas en Eagle, hacer solo giros de 45° y dejar el mayor espacio posible entre pistas y pads de diferentes señales.

Teniendo en cuenta su diseño y el hecho de que lo grabará en casa, y asumiendo que no puede hacer agujeros pasantes chapados, tendrá problemas con el cristal de su oscilador y todos sus conectores. Le sugiero que use el truco de alejar la pista de los pads hacia una vía y luego cruzarla hacia el otro lado para esos componentes.

Puede salirse con la suya soldando los condensadores cerámicos y las resistencias en la capa superior, pero no lo recomiendo. Simplemente redirigiría su placa para intentar traer la mayoría, si no todas, las pistas a la capa inferior.

No sé si hay problemas con los componentes externos que planea usar (el NRF905, por ejemplo), pero lo vería si usan señales de alta frecuencia para controlarlos (cualquier cosa por encima de 500 kHz).

A continuación se muestra mi intento (rápido y sucio) de una versión de un solo lado de su tablero. Perdóneme si cometí algún error, pero debería darle una idea de cómo intentar enrutar la mayoría de las pistas en la capa inferior. Tuve que usar 5 puentes, pero es posible que puedas hacerlo mejor.

Ahora me doy cuenta de que mi versión del conector de 14 pines se refleja en relación con la suya, lo que hizo que mi versión fuera más fácil de enrutar. Pero, si no tiene ninguna restricción de software o hardware, puede reasignar los pines MCU al conector para que también sea más fácil enrutar su versión.

Espero que esto ayude.

¿Cómo nadie mencionó esto todavía?

¡Agregue condensadores de desacoplamiento!

Su MCU probablemente estará funcionando y encendiendo y apagando muchos transistores (internamente) a 8/16/20 MHz. Extraerá una corriente más alta periódicamente en cada ciclo de reloj. Dado que las trazas tienen algo de inductancia y no pueden entregar corriente instantáneamente, debe agregar un capacitor para suministrar esos picos de corriente para la MCU. Este condensador también desvía el ruido a tierra.

Es muy común colocar una tapa de cerámica de 0,1 uF en cada pin de alimentación de la MCU, lo más cerca posible de la MCU. También es común colocar algo de capacitancia a granel cerca de la placa.

El desacoplamiento del encabezado del módulo de RF que tiene allí probablemente sea redundante si el módulo de RF tiene un desacoplamiento local (que supongo que lo hará).