Apresentando PCB Ground Plane: equipamento essencial

Introdução

Já se perguntou por que temos que colocar um camada de cobre no fundo de nossas pranchas? E por que é tão importante ter certeza de que está conectado?

O plano de aterramento é a base de qualquer PCB. Ele fornece uma conexão elétrica entre todos os componentes de uma placa, para que eles possam se comunicar entre si. Sem um plano de solo eficaz, você acabaria com uma confusão de sinais e nenhuma maneira de separá-los.

PCB plano de aterramento

Introdução ao Plano de Terra PCB

Como funciona o plano de aterramento em uma PCB?

Não é um pedaço qualquer de cobre velho: é uma peça específica camada do PCB, e deve ser feito de um tipo especial de cobre grosso o suficiente para fornecer um caminho sólido para a corrente.

O objetivo do plano de aterramento é fornecer uma grande área de superfície para o fluxo de corrente. Funciona reduzindo impedância e aumentando a largura de banda. Um PCB com um plano de terra terá mais capacidade de corrente do que um sem ele; isso o torna ideal para circuitos de alta potência como os usados ​​em digital lógica ou frequência de rádio aplicações.

Um plano de aterramento é crucial porque ajuda a reduzir a interferência eletromagnética (EMI). Quando você tem vários sinais circulando, eles podem interferir uns nos outros e causar problemas. o Maior seu plano de terra, menos interferência haverá entre seus sinais.

Plano de terra em um PCB

Plano de terra em um PCB

Por que o plano de aterramento da PCB é importante?

Ele fornece um ponto de conexão para todos os componentes da placa. Isso permite uma distribuição uniforme de eletricidade por todo o sistema, o que evita pontos quentes e ajuda a garantir que nenhum componente seja superalimentado ou insuficiente.

Também é importante para reduzir a interferência eletromagnética (EMI). Isso é uma preocupação especialmente quando o PCB está próximo a equipamentos ou dispositivos sensíveis, como computadores or médico equipamento. O plano de aterramento pode reduzir essa interferência, fornecendo um caminho para a dissipação dos campos eletromagnéticos.

Tipos de plano de aterramento de PCB

Existem muitos tipos diferentes de planos de aterramento de PCB. O tipo escolhido depende de sua aplicação, orçamento e necessidade de flexibilidade.

Tipos de plano de aterramento de PCB

Tipos de Plano de Terra PCB

Aterramento

Um plano de terra é o maior componente da placa - e é absolutamente necessário para o funcionamento adequado.

O plano de aterramento fornece um caminho para a corrente fluir entre o fonte de energia e o próprio aparelho. Isso garante que não haverá diferença de tensão entre quaisquer dois pontos na placa. Se uma parte do seu produto precisar de mais energia do que outra, é fácil adicionar conexões adicionais entre esses dois pontos; mas se eles não estiverem conectados, você terá que encontrar outra maneira de conectá-los - o que pode ser muito mais difícil.

Planos de terra são normalmente feitos de cobre por causa de sua alta condutividade e baixa resistência (o oposto da resistência). Ele também possui excelente condutividade térmica para que o calor possa se dissipar rapidamente de componentes eletrônicos sensíveis, como transistores ou microchips.

Aterramento

Aterramento

Aterramento do Chassi

É constituído por uma única camada de folha de cobre que cobre todo o superfície da placa de circuito impresso. O plano de aterramento do chassi é conectado ao terminal de aterramento de cada componente. Isso ajuda a reduzir a interferência eletromagnética (EMI), fornecendo uma grande quantidade de área de superfície para fins de aterramento.

O plano de aterramento do chassi também atua como uma blindagem eletromagnética, protegendo contra alta frequência ruído causado por interferência de radiofrequência (RFI) e interferência de radiofrequência (RFI).

Aterramento do Chassi

Aterramento do Chassi

Campo de sinal

Usado para fornecer um plano de aterramento de baixa impedância para traços de sinal. Eles geralmente estão localizados sob a fonte de alimentação e podem ser feitos de cobre ou alumínio. O tamanho desse plano depende da quantidade de corrente que fluirá através dele.

Campo de sinal

Campo de sinal

Solo Flutuante

Este plano de terra é geralmente usado quando os capacitores de desacoplamento da fonte de alimentação estão localizados próximos aos pinos de entrada ou saída de um CI. Um exemplo típico seria um amplificador com uma fonte de alimentação de baixo custo, onde o desacoplamento capacitores são colocados ao lado dos pinos de entrada e saída.

Solo Flutuante

Solo Flutuante

Terreno Virtual

Um plano de terra que existe apenas em uma região específica do PCB. Ele está localizado na superfície interna da placa e ajuda a reduzir o crosstalk e melhorar o desempenho do circuito. O plano de terra virtual pode ser utilizado em conjunto com um plano de terra físico, que deve estar localizado em outras regiões da placa que não estejam conectadas a nenhum traço ou vias.

Terreno Virtual

Terreno Virtual

Terra AC

Um tipo de plano de aterramento de placa de circuito impresso que possui uma camada isolada de cobre que atua como um condutor de aterramento.

O objetivo de usar um plano de aterramento CA em uma PCB é fornecer um caminho para a corrente fluir sem interferência de outros componentes da placa. Se não houvesse um caminho para a corrente fluir, isso causaria interferência entre dispositivos que usam eletricidade.

LOGOTIPO GND

LOGOTIPO GND

Métodos usados ​​no aterramento de PCB

Existem alguns métodos diferentes usados ​​no aterramento de PCB. Esses incluem:

Rastros de solo

Esses são os caminhos percorridos por um material condutor para criar uma conexão entre dois ou mais componentes elétricos. Traços de aterramento são normalmente usados ​​para conectar os pads de cobre em um PCB ao plano de aterramento - uma camada de cobre que corre sob todas as outras camadas em uma placa de circuito impresso. O plano de aterramento geralmente é conectado em uma extremidade ao aterramento e na outra extremidade à energia.

Rastros de solo

Rastros de solo

Plano de Terra Comum

Um plano de terra comum é um Layout PCB projeto em que todos os componentes estão conectados a um único plano de aterramento. O plano de terra está ligado à fonte de energia e atua como um canal de retorno de corrente comum.

Plano de Terra Comum

Plano de Terra Comum

Aterramento equipotencial

Um método de criar um plano equipotencial na superfície de um PCB. Este método usa cobre e um revestimento de cobre revestido de cobre laminado para criar uma superfície que está no mesmo potencial que o plano de base.

Aterramento equipotencial

Aterramento equipotencial

Camada de Solo Dedicada

Este método é usado quando o PCB possui apenas uma camada para fins de aterramento e isolamento. A camada de aterramento dedicada é feita de folha de cobre ou epóxi condutora e é conectada ao plano de aterramento por meio de vias. As vias de conexão são preenchidas com solda ou epóxi condutivo.

Camada de Solo Dedicada

Camada de Solo Dedicada

Finalidade do plano de terra da PCB em uma PCB

O objetivo do plano de aterramento da PCB é o seguinte:

Reduza o ruído

Esta é uma grande área de cobre que está conectada à fonte de alimentação. O plano de aterramento serve como um único ponto de conexão para todos os componentes em seu circuito e também ajuda a reduzir o ruído em seu circuito, protegendo seus componentes contra interferência eletromagnética.

Reduzir a interferência

Um plano de aterramento é uma camada no PCB que está conectada ao barramento de aterramento. O barramento de aterramento é normalmente feito de cobre e percorre toda a placa. O plano de aterramento permite uma melhor condutividade entre os componentes e reduz a interferência de outros componentes.

Retorno de Tensão

O objetivo de um plano de aterramento de PCB é fornecer um caminho de baixa resistência para o fluxo de corrente de retorno. Isso permite que o metal camada para atuar como um grande capacitor único, armazenando carga e liberando-a em uma taxa mais lenta do que a fonte Voltagem pode mudar.

Retorno de sinal

O plano de aterramento da PCB serve como caminho de retorno para todos os sinais em uma placa de circuito. Também ajuda a dissipar o calor e fornecer blindagem eletromagnética.

Integridade de energia

Ele serve como um ponto de referência comum para todos os circuitos, componentes e outros caminhos elétricos. O plano de massa fornece um ponto de referência estável para todas as tensões, o que permite que elas sejam comparadas umas com as outras e transmitidas por todo o sistema.

Diferencia Fração Analógica e Digital

Outro propósito de um plano de terra é diferenciar entre as frações analógicas e digitais do seu circuito. Sem essa diferenciação, os sinais elétricos em seu circuito seriam indistinguíveis uns dos outros.

Distribui energia DC

Isso é conectado ao lado negativo da fonte de alimentação do circuito. Isso é feito para fornecer uma grande área de superfície para o fluxo de corrente, o que ajuda a reduzir a resistência elétrica e aumentar a amperagem.

Abole Crosstalk

Crosstalk é a interferência que ocorre entre os sinais elétricos que viajam por diferentes partes do circuito. Se um sinal viaja através de outro sinal viajando em uma direção diferente, então haverá um efeito de eco, onde ambos os sinais são refletidos para frente e para trás entre si várias vezes antes de serem completamente cancelados. Isso pode causar problemas na qualidade do som ou na transmissão de dados em longas distâncias.

O plano de aterramento do PCB elimina esse problema criando uma área na qual todos os sinais podem viajar livremente sem serem perturbados por outros sinais que passam por ele.

Dissipação de calor

Este é um dos aspectos de projeto mais críticos porque mantém os componentes do circuito resfriados. Quanto mais eficiente for a dissipação de calor, mais eficiente será a operação geral de sua placa de circuito.

Finalidade do Plano de Terra em uma PCB

Finalidade do Plano de Terra em uma PCB

Dicas sobre como usar o plano de aterramento em seu PCB

Aterrar sua placa de circuito ao plano de aterramento é uma das melhores maneiras de melhorar seu desempenho. Também é uma ótima maneira de garantir que você não cause um curto-circuito acidental em nenhum componente do seu projeto. Se um componente tiver um curto-circuito, pode danificá-lo e causar uma falha prematura.

Dica 1- Verifique o Anexo de Tudo

Quando você está projetando seu PCB, a primeira coisa a verificar é a fixação de tudo. Certifique-se de que o plano de aterramento esteja conectado corretamente ao restante da placa de circuito.

Dica 2 – Mantenha a camada de solo inteira

A camada de solo deve ser mantida inteira, para que você não queira quebrá-la com vias ou outros recursos que diminuam sua eficácia.

Dica 3 – Tenha um ponto comum

Se você estiver usando planos de aterramento em seu PCB, certifique-se de ter um ponto de aterramento comum. Isso garantirá que todas as suas conexões elétricas estejam devidamente isoladas e não causem problemas com o circuito.

Dica 4 – Minimize o Uso de Vias de Série

Se você puder impedir que o plano de aterramento seja interrompido por muitas vias em série, ele funcionará melhor como um dissipador de calor e reduzirá o risco de curtos-circuitos.

Dica 5 – Projete o Aterramento Antes do Roteamento

Para garantir que você não deixou nenhum ponto de aterramento, projete seu plano de aterramento antes roteamento. Isso ajudará você a identificar quais partes do circuito precisam ser aterradas e onde esses pontos de aterramento devem ir.

Dica 6 – Entenda o Fluxo de Corrente na PCB

Antes de começar a projetar seu plano de aterramento, você precisa entender como a corrente flui através do PCB. As correntes podem ser classificadas como positivas, negativas ou balanceadas. As correntes positivas se movem de uma fonte positiva (como um CONDUZIU) para um coletor negativo (como o plano de terra). As correntes negativas se movem de uma fonte negativa (como um resistor) para um dissipador positivo (o plano de aterramento). As correntes equilibradas são exatamente como seus nomes indicam: elas têm quantidades iguais de correntes positivas e negativas fluindo através delas.

Dica 7 – Prepare-se para a Variância Dinâmica

Ao projetar um PCB, você deve certificar-se de que está preparado para a variação dinâmica. A variação dinâmica é a diferença entre os valores reais e assumidos do desempenho de um circuito durante a operação. Isso pode ser causado por mudanças de temperatura ou outros fatores ambientais, bem como por componentes que estão sendo usados ​​de maneira diferente daquela para a qual foram projetados.

Dica 8 – Verifique Sinais Analógicos e Digitais

Ao projetar uma placa de circuito, o plano de aterramento é um componente crucial que ajuda no fluxo do sinal. É necessário verificar os sinais analógicos e digitais em seu PCB para garantir que eles funcionem corretamente.

 

Conclusão

Os planos de aterramento do PCB são muito importantes e devem ser projetados adequadamente. Use o tamanho adequado para cobrir a maior área possível, considerando que a maioria das correntes retorna para a fonte de alimentação pelo solo.

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