¿Cuándo debo usar un avión de tierra?

Question

Soy nuevo en el diseño de PCB. Mi circuito contiene un voltaje de 3.3V, una frecuencia máxima de señal de 400 kHz y menos de 10 componentes conectados a tierra. ¿Realmente necesito un plano de tierra en mi PCB? O para ser precisos: ¿Cuándo debo usar un plano de tierra?

Answer 1

Mucho depende de si estás haciendo un PCB comercial para ser fabricado y vendido, o unas pocas placas únicas para tu propio uso. Si se trata de lo primero, entonces un plano de tierra es más importante para mantener las emisiones radiadas a un nivel bajo para cumplir con la FCC (Parte 15, radiadores no intencionales), la CE y otras regulaciones, aunque he visto muchos productos comerciales con tableros de una o dos caras y planos sin tierra. (Por otro lado, uno de mis clientes acaba de hacer un tablero de seis capas con tres capas de señal, una capa de Vcc y dos aviones de tierra en una configuración de sándwich.)

Si sólo tienes señales de hasta 400 kHz, entonces suena como si no estuvieras usando un microcontrolador (o si lo estás, estás usando un oscilador interno por lo que no hay cristal). Si has hecho un prototipo de tu circuito en una placa de red inalámbrica o similar, y funciona bien, entonces debería funcionar bien sin un plano de tierra.

Incluso si está haciendo un producto comercial, si su dispositivo funciona con pilas, y no tiene señales por encima de 1.705 MHz (lo cual es cierto en su caso), entonces está exento de las normas de la FCC.

Answer 2

Primero, tienes que asegurarte de que tus suposiciones son válidas. Por ejemplo, si su circuito está conectado a dos equipos alimentados por fuentes de modo conmutador, habrá una corriente de alta frecuencia de modo común que fluye entre esas unidades. La corriente fluirá a través de su dispositivo, generando voltajes de "ruido" en las impedancias de las trazas de su circuito.

En segundo lugar: si es un problema o no depende únicamente de lo que el circuito está haciendo. Es necesario estimar las impedancias de las trazas entre varios nodos del circuito, y modelar su efecto en el circuito. Si usted está usando una herramienta de modelado de circuitos como Spice, debe reemplazar sus conexiones "sólidas" con circuitos equivalentes a las impedancias de las trazas. Usted puede entonces determinar si los voltajes que caen a través de esas impedancias son un problema o no.

Answer 3

Lo ideal sería que siempre usaras un avión de tierra. Pero por diferentes razones no siempre es posible o adecuado:

• 1 y 2 capa(s) de PCB:

Para una capa, creo que la razón es bastante obvia. Puedes llenar el PCB no direccionado con cobre hasta GND pero eso no es un verdadero plano de tierra.
Para dos capas, no siempre se tiene suficiente espacio para enrutar en una capa y en un plano de tierra en la otra, pero si puedes, hazlo, incluso si tienes algunos pequeños rastros en la capa del plano de tierra.

• Diseño analógico:

Algunos diseños analógicos no deben ser referidos a un plano de tierra o deben tener una conexión estelar para GND.
Por ejemplo, si estás haciendo un circuito de adquisición, deberías preocuparte por los diferentes planos de referencia. Lo mismo para las fuentes de alimentación aisladas.

También depende de tu diseño, si estás haciendo un diseño de nivel CMOS de 5V, las perturbaciones como los picos de 1V pueden no afectar el comportamiento de tu circuito, mientras que con un 1.8V, se vuelve bastante dañino para el comportamiento.

Lo mismo para la frecuencia y el tiempo de subida: un circuito de baja velocidad no extenderá demasiado el EMC en comparación con los circuitos de alta velocidad (no hablo de la frecuencia de la señal, sino de la frecuencia equivalente al tiempo de subida).