Domine o Layout de PCB: Guia Passo a Passo para Iniciantes

PCB, sigla para Placa de Circuito Impresso, é a plataforma fundamental para montar componentes eletrônicos e alcançar as funções desejadas. Com base no material do substrato, a PCB é fabricada conforme os arquivos de projeto, com conexões estabelecidas entre as camadas da placa e entre a placa e os componentes. A principal função da PCB reside em seu papel de transmissão e interligação, contribuindo plenamente para a conexão elétrica entre todas as partes do circuito. Por isso, a PCB é geralmente considerada o coração dos produtos eletrônicos.

O que é Layout de PCB?

O layout de PCB envolve principalmente a colocação de componentes na placa, roteamento, largura e espaçamento de trilhas. Como as PCBs são usadas em praticamente todos os produtos eletrônicos, elas têm ampla aplicação em eletrônicos de consumo, tecnologia da informação, telecomunicações, equipamentos médicos e até aeroespacial. O layout desempenha papel essencial no desempenho e nas funções esperadas desses dispositivos.

Fundamentos do Layout de PCB

Ao desenhar esquemáticos com software de projeto de PCB, é essencial dominar as abreviações de componentes eletrônicos, pois as três primeiras letras costumam representar um termo. Por exemplo, RES significa resistor; CAP, capacitor; IND, indutor. Portanto, é necessário conhecer termos como: tensão, corrente, Ohm, Volt, Ampere, Watt, circuito, elemento de circuito, resistência, resistor, indutância, indutor, capacitância, capacitor, lei de Ohm, leis de Kirchhoff (lei das tensões - KVL e lei das correntes - KCL), malha, rede, rede passiva de dois terminais, rede ativa de dois terminais.

Questões Inevitáveis no Layout de PCB

Distância Mínima

Um projeto de PCB deve ter uma borda (frame) e a distância mínima entre a linha da borda e o pino do componente deve ser de pelo menos 2 mm, sendo recomendável definir 5 mm.

Colocação de Componentes

Basicamente, em um sistema de circuito que contenha circuito digital e analógico, eles devem ser separados para que os sistemas sejam acoplados sistematicamente em circuitos da mesma categoria. Além disso, os componentes devem ser posicionados conforme a direção do fluxo de sinal, funções e módulos.

Unidades de processamento de sinal de entrada e componentes de acionamento de sinal de saída devem ser colocados próximos à borda da placa para tornar as linhas de entrada/saída o mais curtas possível e reduzir interferências.

Quanto à direção de colocação, os componentes só podem ser posicionados vertical ou horizontalmente. Se houver uma diferença de potencial relativamente alta entre componentes, a distância entre eles deve ser suficiente para evitar descargas.

Em placas de densidade média, a distância entre componentes de baixa potência deve considerar a soldagem. Quando a soldagem por onda é usada, a distância pode variar de 50 a 100 mils (1,27 a 2,54 mm).

Projeto de Linhas de Alimentação e Terra no Layout de PCB

Não é difícil para engenheiros de projeto entender a causa da geração de ruído entre linhas de terra e alimentação. Mesmo com um layout excelente, a interferência devido à consideração insuficiente na disposição das linhas de alimentação e terra ainda reduzirá o desempenho do produto, podendo levar à falha total. Portanto, cabe ao engenheiro de layout reduzir a interferência de ruído ao máximo para garantir a qualidade do produto, usando os métodos abaixo:

• a. Camada de cobre de grande área é usada como linhas de terra e todas as partes não utilizadas devem ser conectadas à terra, servindo como linhas de terra. Em PCBs multicamadas, linhas de alimentação e terra devem ser dispostas em camadas diferentes.
• b. Capacitores de desacoplamento devem ser adicionados entre linhas de alimentação e terra.
• c. A largura das linhas de terra e alimentação deve ser a maior possível. O ideal é que linhas de terra sejam mais largas que as de alimentação. A ordem de largura deve ser: linhas de terra > linhas de alimentação > linhas de sinal.
• d. Trilhas de terra largas devem formar um laço (loop) em PCBs com circuito digital.

Três Dicas para Reduzir EMI no Layout de PCB

A compatibilidade eletromagnética (EMC) é obrigatória no layout de PCB. A implementação de EMC visa reduzir a interferência eletromagnética (EMI) ao máximo. Para diminuir a EMI, três elementos devem ser focados: fonte de interferência eletromagnética, caminho de acoplamento e vítima.

Para alcançar EMC, as medidas devem partir desses elementos. Primeiro, analisar fonte de interferência, caminho de acoplamento e dispositivos sensíveis, resumindo medidas eficazes para deter a fonte, eliminar ou reduzir o acoplamento, diminuir a resposta dos dispositivos sensíveis ou aumentar seu nível de imunidade eletromagnética.

Para restringir interferências causadas por humanos e testar a validade das medidas técnicas, medidas organizacionais também devem ser adotadas. Assim, um conjunto completo de regulamentos e padrões deve ser seguido com distribuição racional do espectro. Além disso, a aplicação do espectro deve ser controlada e gerenciada, e o modo de operação determinado conforme frequência, tempo de trabalho e direção da antena. O ambiente eletromagnético deve ser analisado e a localização selecionada com administração de EMC.

Fonte de Interferência Eletromagnética

Fonte de EMI refere-se a qualquer tipo (natural ou irradiado por dispositivo elétrico) de energia eletromagnética que prejudique pessoas ou dispositivos no mesmo ambiente ou cause danos de EMI a outros dispositivos, subsistemas ou ao sistema todo, levando a degradação de desempenho ou falha.

Caminho de Acoplamento

Caminho de acoplamento refere-se ao acesso ou meio usado para transmitir a EMI.

Vítima

Vítima refere-se a pessoas ou sistemas danificados pela EMI, incluindo componentes, equipamentos, subsistemas ou sistemas que sofrem degradação de desempenho ou falha.