Vi un reciente vídeo en YouTube donde el presentador describe un producto comercial de medición de microcorrientes. ¿Para qué sirve esta valla estañada? Supongo que para suprimir el ruido, pero me gustaría saber más. ¿Está conectada a tierra? Dado que las piezas dentro de la valla interactúan con las piezas fuera de la valla, ¿pasan todas por un único punto de entrada dentro de la zona?
Los orificios de la placa reducen las fugas eléctricas, alivian la tensión mecánica y reducen el acoplamiento térmico y los gradientes térmicos inducidos externamente.
Empecemos por las fugas. Recuerde que cuando se miden corrientes suficientemente pequeñas, las placas de circuito impreso son conductoras, y cualquier contaminante es aún peor. Dondequiera que se elimine material, la conductancia de esa zona desaparece. Esto no difiere de taladrar agujeros en una lámina metálica para aumentar su resistencia, o de utilizar un láser para eliminar material conductor al recortar resistencias en el chip.
La conductancia térmica de la isla al resto de la placa también disminuye por los agujeros. Si la isla sólo tiene componentes de baja disipación, tendrá gradientes térmicos mucho menores que si condujera calor entre otras partes de la placa. Esto disminuirá la variación de las tensiones termoeléctricas a través de la isla.
Los orificios también proporcionan un cierto alivio de la tensión mecánica, aunque esto puede no haber sido una preocupación primordial en este diseño, ya que otras formas de orificio podrían hacer un trabajo aún mejor. Las placas de circuito impreso soportan tensiones térmicas producidas por el calentamiento desigual o la disipación de calor en toda su superficie. En circuitos de CC muy sensibles, estas tensiones provocan desviaciones en varios elementos del circuito. La mayoría de los circuitos no son lo suficientemente sensibles como para medirlo, pero el efecto siempre está ahí.
En circuitos muy sensibles y precisos, se trata de una muerte por mil cortes, y para obtener el máximo rendimiento de las piezas caras (la precisión nunca es gratis), hay que identificar y remediar incluso las contribuciones minúsculas y a menudo no reconocidas o descuidadas al resultado.
Los amplificadores y otros circuitos integrados pueden ver modificadas sus compensaciones por la tensión mecánica en las patillas, y esto empeora cuanto más pequeño es el encapsulado. Las piezas pasivas, como los condensadores, pueden tener efectos piezoeléctricos, e incluso a bajas frecuencias la magnitud puede ser suficiente para resultar problemática. Se vuelve bastante importante cuando, por ejemplo, se miden voltajes con una resolución de más de 24 bits, y se vuelve ridículamente crítico a partir de los 30 bits de resolución. Puedes coger un palillo y pulsar muy ligeramente en la placa opuesta al chip convertidor, y la lectura se desviará debido a la tensión mecánica transmitida a través del marco de plomo al encapsulante y posteriormente al chip. Los convertidores A/D de mayor precisión tienen su encapsulado diseñado para minimizar este acoplamiento de tensión, pero es muy difícil deshacerse completamente de él.
La brillante traza expuesta que rodea el circuito en isla es un anillo de guarda: su objetivo es proporcionar una "barrera" equipotencial alrededor del circuito; esto implica que todas las corrientes que "atraviesen" la guarda no deberán sortearla, ya que de lo contrario no se mantiene la equipotencialidad en general.
La conductancia del anillo es muy superior a la conductancia de la placa: digamos que es de más de 8 órdenes de magnitud para una placa FR-4 "normal y corriente", y de más de 10 órdenes de magnitud para materiales de alto rendimiento no contaminados (en los que una huella dactilar suele causar una dolorosa pérdida de rendimiento). Comparado con el material de la placa y la máscara de soldadura, el protector puede ser "infinitamente conductor", los potenciales a lo largo del protector serán iguales. Esto establece una condición límite para la que se puede diseñar: todas las partes de alta impedancia del circuito dentro de la guarda tienen esencialmente resistencias de alto valor a este perímetro de guarda, que se puede mantener a un potencial deseado. Esto disminuirá el acoplamiento conductivo diferencial entre el circuito y el resto de la placa.
Lo ideal es que no la corriente deberá evitar el anillo de protección.
El anillo de protección no está cubierto por máscara de soldadura. Aunque la máscara de soldadura tiene una conductancia "baja", no tiene conductancia cero, y sin ella no obtendríamos todo el rendimiento del que es capaz la placa. En todos los casos, una parte de la corriente de fuga fluirá a través de la máscara de soldadura y eludirá el anillo de protección, disminuyendo su eficacia.
En presencia (a menudo inevitable) de contaminación, la superficie de la máscara de soldadura será mucho más conductora que la mayor parte de ella, y esas vías de derivación estarán aisladas por la máscara de soldadura del anillo protector.
En circunstancias extremas, puede haber algún tipo de contaminación que altere química o físicamente la masa de la máscara de soldadura y aumente su conductancia. El material de la placa en sí puede no ser susceptible a tales efectos, especialmente si se elige con conocimiento previo del entorno operativo (y una investigación de la compatibilidad de todos los materiales utilizados en la fabricación de la placa con dicho entorno).
En ese caso, es posible que también haya que aislar aún más el protector del resto de los circuitos. En primer lugar, aislaríamos la fuente de alimentación, ya que obviamente tiene que cruzar el anillo de protección y actúa como una vía de derivación principal. Los componentes de aislamiento deben diseñarse para que la fuga sea lo suficientemente baja como para no degradar el rendimiento, es decir, deben igualar o superar el rendimiento de baja fuga de la placa de circuito impreso con el anillo de protección.
Los orificios proporcionan un mayor aislamiento de fugas de la isla, ya que la "fuga media" del protector al resto de la placa también puede afectar al rendimiento. Esto depende un poco del circuito y de la aplicación. Después de todo, existe la fuga desde el anillo de protección al resto del circuito - la equipotencialidad a lo largo del anillo no cambia eso. Cuánto efecto tiene esa fuga en el funcionamiento del circuito depende realmente de la aplicación.
Una lata de blindaje conductor mantendrá alejados los campos electrostáticos y las radiofrecuencias. Puede montarse en la parte expuesta del anillo de protección, aunque no siempre es deseable.
Una lata hermética también evita la entrada de contaminantes. Desgraciadamente, también convierte las pistas situadas debajo en sensores inadvertidos de presión atmosférica diferencial, por no hablar de la tensión mecánica añadida a la placa bajo dicha carga de presión diferencial. Para minimizar las concentraciones de tensión, la lata debe ser circular u ovalada. La sensibilidad a la presión se mitiga mediante el diseño de algunos fuelles en la lata. O bien la propia lata puede ser el fuelle, en un escenario sin gastos, o bien se puede añadir una membrana conforme como "falso fondo" de la lata: la parte superior de la lata tiene entonces un pequeño orificio de ventilación, y una estructura deformable pero hermética debajo sella la lata - digamos, un diafragma circular con una sección de "suspensión" conforme.
Como nota al margen: es bueno que los agujeros sirvan normalmente para múltiples propósitos beneficiosos cuando se desean islas de alta impedancia: desacoplan las cosas térmica, eléctrica y mecánicamente.
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