O guia definitivo para padrões de placas de circuito impresso

Padrão da placa de circuito impresso refere-se à representação visual de um projeto de circuito. Consiste em configurações complexas de linhas, nós e formas geométricas que se assemelham à disposição de um circuito numa placa de circuito impresso (PCB). O padrão engloba a disposição e o posicionamento de traços condutores, almofadas, componentes e outros elementos que permitem o fluxo de sinais e de energia entre os vários componentes da placa de circuito impresso. Estes caminhos eléctricos definem as interligações e determinam a complexidade dos sistemas electrónicos. É importante notar que o padrão da placa de circuitos não inclui as vias condutoras ou os componentes reais; representa antes a conceção e a disposição dos circuitos.

padrão de placa de circuito

Directrizes de desenho de padrões de PCB

Desenho de padrões de PCB

Antes de prosseguir com a conceção do padrão, é fundamental compreender o Tutorial de conceção de PCBpois centra-se em questões relacionadas com os circuitos. Algumas considerações fundamentais são enumeradas a seguir:

Conectividade eléctrica:

O principal objetivo dos padrões PCB é estabelecer ligações eléctricas entre componentes e facilitar a transmissão de sinais. A configuração adequada dos componentes assegura ligações eléctricas fiáveis, minimizando a atenuação do sinal e as interferências.

Integridade do sinal:

Manter a integridade dos sinais à medida que se propagam através da placa é vital. A integridade do sinal pode ser melhorada através de parâmetros como o encaminhamento da impedância, o controlo da impedância e a correspondência do comprimento do sinal. Estas medidas reduzem a distorção do sinal, as reflexões e a diafonia.

Interferência electromagnética (EMI):

Os dispositivos e circuitos electrónicos podem ser afectados por interferências electromagnéticas. Os padrões ajudam a gerir e a minimizar os efeitos da EMI através de técnicas de ligação à terra adequadas, mecanismos de proteção de sinal e colocação correcta de componentes sensíveis. O cumprimento das normas de compatibilidade electromagnética (EMC) assegura o funcionamento dentro dos limites de EMI permitidos.

Distribuição de energia:

A distribuição eficaz de energia é essencial para o funcionamento correto de qualquer dispositivo. Os vectores de padrão da placa de circuitos ajudam a encaminhar os traços de potência para garantir uma distribuição uniforme da potência e minimizar as perdas de tensão. Planos de potência bem concebidos, carris de potência e técnicas de desacoplamento adequadas contribuem para uma alimentação estável na placa.

Colocação de componentes:

Comece por identificar os componentes necessários e as suas funções com base nos requisitos do projeto. Colocar estrategicamente os componentes, agrupando os relacionados e assegurando um espaçamento adequado. Esta abordagem ajuda na gestão térmica, simplifica a manutenção e a depuração, reduz os comprimentos de alinhamento, controla os atrasos de propagação do sinal e melhora a integridade do sinal.

Eficiência de encaminhamento:

O roteamento eficiente envolve o estabelecimento dos caminhos mais curtos e mais diretos para a transmissão de sinais. Utilize o empilhamento de camadas e a colocação adequada de vias para resolver problemas de EMI e minimizar o acoplamento de sinais. Incorporar técnicas de roteamento modernas, como roteamento de pares diferenciais e correspondência de comprimento para otimizar a qualidade e a integridade do sinal. Adaptar as escolhas de encaminhamento a casos de utilização específicos, como a seleção de larguras de traço e espaçamento adequados com base na capacidade de transporte de corrente e requisitos de tensão, ou empregar traços mais espessos para caminhos de alta corrente.

Conceção para a capacidade de fabrico:

Considerar DFM durante a fase de conceção do modelo. Tenha em conta as larguras e folgas mínimas dos traços, as dimensões exactas das almofadas e o cumprimento das regras de design. Ao fazê-lo, garante uma montagem precisa e um processo de fabrico sem problemas. A colaboração com os fabricantes durante a fase de conceção pode ajudar a identificar e resolver potenciais problemas que possam surgir no processo de fabrico. Processo de fabrico de PCB.

Gestão térmica:

A gestão térmica eficaz é essencial para minimizar o sobreaquecimento e garantir a fiabilidade dos componentes electrónicos. Incorpore vias térmicas, dissipadores de calor e derrames de cobre no padrão do circuito para facilitar a dissipação do calor. Isto evita o aumento da temperatura para níveis elevados e reduz o risco de erros nos componentes.

Padrão vs. Pegada

PadrãoPegada
Refere-se à representação gráfica dos traços condutores, almofadas e vias que formam as ligações eléctricas entre componentes.Representa a configuração física dos pads da placa e outros componentes condutores que correspondem aos pinos ou condutores de um determinado componente.
Define as vias de circulação dos sinais eléctricos e determina a disposição das interligações do circuito.Orienta o posicionamento correto dos pinos ou condutores do componente na placa.
Centra-se na conetividade eléctrica e no encaminhamento de sinais.Centra-se nas dimensões físicas e na disposição do componente na placa.
Garante o encaminhamento preciso dos sinais eléctricos, minimizando a degradação do sinal e as interferências electromagnéticas.Facilita uma soldadura precisa e ligações eléctricas fiáveis, assegurando uma transferência de sinal óptima entre o componente e a placa.
Importante para a integridade eléctrica e para reduzir a diafonia, a degradação e a interferência electromagnética do sinal.Importante para a compatibilidade mecânica, permitindo a montagem segura do componente na placa sem problemas de alinhamento ou folga.
Determina a forma como o circuito está interligado.Permite a colocação correcta dos componentes durante a montagem, reduzindo o risco de erros de soldadura ou desalinhamento.
Exige meticulosidade e respeito pelas directrizes industriais.Requer a representação correcta das dimensões físicas e da configuração dos pinos do componente.
Desempenha um papel significativo no fabrico de placas e na possibilidade de reutilização do design.Importante para o êxito do fabrico e da montagem das placas.

Tipos de padrões de placas de circuito impresso

Padrão de uma face:

Um tipo simples de padrão de placa é utilizado para eletrónica básica com menor complexidade de circuitos e restrições de custos. Os traços condutores e as ligações dos componentes estão presentes apenas num dos lados da placa de circuitos, enquanto o outro lado é deixado em branco ou contém material não condutor. O cobre é utilizado para criar os traços condutores.

Padrão de dupla face:

Num padrão de dupla face, os traços condutores e os componentes são ligados em ambos os lados da placa de circuitos. Este tipo de padrão é gerado através de um gerador de padrões para placas de circuitos e é amplamente utilizado para melhorar a funcionalidade dos componentes electrónicos, mantendo a relação custo-eficácia e a densidade suficiente dos circuitos. Os traços condutores existem nas camadas superior e inferior e são interligados através de vias para permitir a passagem de sinais eléctricos entre camadas.

Padrão multicamada:

PCB multiníveisOs circuitos de alta tensão, normalmente constituídos por quatro ou mais camadas, são concebidos com várias camadas de traços condutores e materiais isolantes para acomodar circuitos complexos. Cada camada contém traços condutores interligados, facilitados por vias. As camadas internas são principalmente utilizadas para o encaminhamento de sinais, enquanto as camadas externas contêm componentes e traços de superfície. Os padrões multicamadas são difíceis de fabricar e são mais dispendiosos devido à sua estrutura de circuito complexa. São normalmente utilizados em dispositivos electrónicos avançados.

Padrão do plano de potência:

Foi concebido para proporcionar uma distribuição de energia estável e contínua em toda a placa. Estes padrões apresentam áreas maiores de cobre que funcionam como caminhos de baixa impedância para fontes de alimentação e ligações à terra. São benéficos para reduzir o ruído, melhorar a integridade do sinal e melhorar a gestão térmica, distribuindo uniformemente a energia pela placa. Os padrões de plano de potência são preferidos para circuitos e projectos digitais de alta velocidade.

Padrão do plano do solo:

Consistem em áreas maiores de cobre que servem como referência de terra dedicada em todo o layout da placa. Estes padrões criam caminhos de baixa impedância para a corrente eléctrica, proporcionando proteção contra interferências electromagnéticas (EMI). Ao reduzir o ruído do sinal e ao manter a integridade do sinal, os padrões do plano de terra melhoram o desempenho geral e a fiabilidade dos circuitos.

Padrão de par diferencial:

Os padrões de pares diferenciais são utilizados quando a qualidade exacta do sinal e a imunidade ao ruído são essenciais nos circuitos. Estes padrões envolvem dois traços paralelos que transportam sinais iguais e opostos. São concebidos com impedância controlada para manter o equilíbrio do sinal. Os padrões de pares diferenciais são normalmente utilizados em circuitos digitais e analógicos de alta velocidade, particularmente em sistemas de alta frequência que requerem sinais de alta qualidade sem interferência electromagnética e ruído.

Padrão de distribuição do relógio:

Como o nome indica, estes padrões são concebidos para distribuir sinais de relógio a diferentes componentes ou subsistemas na placa de circuitos. Estes padrões asseguram uma sincronização correcta e sincronizada entre os circuitos, minimizando os atrasos de sincronização e a distorção do sinal. Os padrões de distribuição de relógio são normalmente utilizados em aplicações que requerem uma temporização precisa, como processadores, processadores de sinais digitais e circuitos de comunicação de dados de alta velocidade.

Padrão de linha de transmissão RF:

Os padrões de linhas de transmissão RF são utilizados em circuitos RF e micro-ondas para comunicações de alta frequência. Estes padrões maximizam a disposição das linhas de transmissão RF para minimizar a perda de sinal e as reflexões. As linhas de transmissão de impedância controlada são utilizadas para obter uma transferência de sinal eficaz sem degradação. Isto tipo de PCB é comummente encontrado em projectos que envolvem radar, sistemas de comunicação sem fios e outras aplicações RF.

Que papel desempenha o padrão na placa de circuito impresso

Traços condutores:

Trata-se de um fino caminho de cobre que serve de rota principal para os sinais eléctricos na placa de circuitos. Estes traços são criados através da gravação selectiva do excesso de cobre de um substrato revestido a cobre, formando o padrão desejado. Funcionam como fios de interligação, transportando a corrente eléctrica entre os componentes e facilitando o fluxo de sinais e de energia ao longo do circuito.

Almofadas e componentes:

Os padrões da placa incluem almofadas, que são pequenas áreas de cobre exposto concebidas para acomodar os condutores ou pinos dos componentes electrónicos. Os pads servem de interface entre os componentes e a placa, permitindo a soldadura e o estabelecimento de ligações eléctricas. Os componentes são montados nestas almofadas e os seus condutores ou pinos são soldados às almofadas correspondentes, assegurando a estabilidade mecânica e a continuidade eléctrica.

Vias:

O processo de perfuração é utilizado para penetrar através das camadas de uma placa multicamada, de modo a formar pequenos orifícios para ligar traços condutores em diferentes camadas. Estes orifícios são revestidos com um material condutor, como o cobre, para manter a continuidade eléctrica entre as camadas. As vias permitem a passagem de sinais de uma camada para outra, facilitando o encaminhamento complexo e as interligações entre diferentes partes do circuito.

Conectividade eléctrica:

O principal objetivo dos padrões das placas de circuitos é estabelecer ligações eléctricas entre componentes, assegurando a transmissão adequada de sinais e energia. A rede de traços condutores forma um caminho interligado que liga vários componentes, permitindo a transmissão de sinais eléctricos entre eles. O padrão guia os sinais ao longo de caminhos designados, evitando interferências indesejadas, diafonia e degradação do sinal.

Roteamento de sinais e caminhos:

Os padrões da placa de circuitos definem o encaminhamento e os caminhos para vários sinais dentro da placa. Os sinais são direccionados ao longo de traços condutores específicos, seguindo caminhos designados para alcançar os destinos pretendidos. Ao conceber cuidadosamente o padrão, os designers da placa podem controlar factores como a impedância, o comprimento do traço e a proximidade do traço, optimizando a integridade do sinal e minimizando a perda de sinal.

Distribuição de energia:

Para além do encaminhamento do sinal, o circuito padrões de pranchas são cruciais para a distribuição de energia em toda a placa de circuito impresso. Os planos de potência e de terra são incorporados na conceção do padrão para garantir um fornecimento de energia estável e eficiente aos componentes. Os planos de potência fornecem caminhos de baixa impedância para a alimentação de energia, enquanto os planos de terra servem como planos de referência para correntes de retorno. Esta disposição minimiza o ruído, mantém a estabilidade da tensão e melhora o desempenho geral do circuito.

Padrões de placas de circuitos em telecomunicações e redes

Transmissão de sinais a alta velocidade:

Os sistemas de rede e de telecomunicações dependem da transmissão de dados a alta velocidade, o que exige sinais de alta qualidade sem erros. Ao conceber o padrão da placa, é crucial ter em conta factores como a degradação do sinal, a interferência EMI e as perdas de sinal. Ao utilizar linhas de transmissão de impedância controlada e ao reduzir a capacitância e a indutância parasitas, o padrão da placa garante uma transmissão de sinal correcta e fiável em distâncias mais longas e com taxas de dados elevadas.

Aplicações de RF e micro-ondas:

As frequências de RF e de micro-ondas são componentes essenciais dos sistemas de redes sem fios e de telecomunicações. Os padrões de placa optimizados para aplicações de RF e micro-ondas incluem linhas de transmissão com impedância correspondente, estruturas de plano de terra e sistemas de proteção de RF. Estes padrões facilitam a transmissão eficaz do sinal, reduzem as reflexões do sinal e controlam a interferência EMI, melhorando assim a qualidade do sinal e o desempenho do sistema.

Encaminhamento e comutação de sinais:

Os sistemas de telecomunicações e de redes requerem um encaminhamento e comutação de sinais complexos para facilitar o fluxo de dados entre diferentes componentes, dispositivos ou nós de rede. O padrão da placa fornece os caminhos e interconexões necessários para o movimento eficiente do sinal dentro dos sistemas. Durante o processo de conceção, são tidos em conta factores como o acoplamento de ruído, a temporização do sinal e o cross-talk para garantir a comutação e o encaminhamento correctos e fiáveis do sinal.

Projectos de PCB multicamada:

Os padrões de placas multicamadas são normalmente utilizados em sistemas de redes e telecomunicações devido à sua estrutura complexa. Estes padrões consistem em várias camadas de traços condutores e materiais isolantes para acomodar requisitos de circuitos de alta densidade. As camadas adicionais nos padrões multicamadas facilitam o encaminhamento correto dos sinais, a distribuição de energia e o isolamento entre sinais analógicos e digitais sensíveis, reduzindo o acoplamento de ruído e as interferências.

Distribuição de energia e ligação à terra:

A distribuição eficaz de energia e a ligação à terra são cruciais nas aplicações de redes e telecomunicações. Os padrões de placa que incorporam planos de alimentação e de terra asseguram um fornecimento de energia estável e uma ligação à terra fiável. Os planos de potência fornecem caminhos de baixa impedância para uma distribuição uniforme da energia, minimizando as perdas de tensão e assegurando uma alimentação consistente aos diferentes componentes. A ligação à terra adequada reduz o ruído e melhora o desempenho geral do sistema.