Los 7 errores comunes en el diseño de un PCB

El diseño electrónico puede llegar a ser complejo, y los errores más comunes ocurren a menudo en la Placa de Circuito Impreso (PCB, Printed Circuit Board por sus siglas en Inglés). El PCB es lo que conecta y donde se soldan todos los componentes electrónicos.
Ya sea que elijas hacer el diseño tú mismo, o contratar a un experto, se recomienda realizar una revisión antes de producir cualquier prototipo. Tener una secuencia de revisión por etapas en los diseños es una de las mejores maneras para prevenir errores que pueden incrementar costos en el proyecto si no se hace.
A continuación se presentan los errores más comunes en el diseño de PCBs. ¡Evita cometerlos!

Errores y Consejos para el diseño de PCBs.

1. Las pistas de altas corrientes no son suficientemente amplias.

Si alguna pista en el PCB va a manejar corrientes superiores a unos 100 mili ampers, el ancho mínimo de la pista probablemente no sea suficiente. Una pista sobre una capa externa puede conducir más corriente que una pista interna aunque éstas tengan el mismo espesor. Esto se debe a que la capa externa tiene un flujo de aire mayor haciendo que se disipe mejor el calor.
Dependiendo de cual sea el peso del cobre va a variar el espesor de cada pista. La mayoría de los fabricantes de PCBs permiten elegir entre pesos de cobre de 0.5 oz./sq. ft a 2.5 oz./sq. ft aproximadamente.
Se recomienda este sitio para calcular adecuadamente los espesores de las pistas Trace Width Calculator. Es importante también tomar en cuenta la temperatura que va a alcanzar una pista para calcular la capacidad máxima de corriente que fluirá a través de ella. Un valor seguro es de 10°C, pero si se necesita un ancho de pista más estrecho, se pueden utilizar 20°C o superior.

2. Errores en los Landing Patterns (Footprints).

Los programas de software de diseño de PCBs proporcionan bibliotecas de gran parte de los componentes electrónicos; estas bibliotecas incluyen el símbolo en esquemático y footprints para cada componente del PCB. Si únicamente utilizamos estos componentes en el diseño no tendremos ningún problema. 
Sin embargo, si utilizamos componentes fuera de estas bibliotecas, entonces necesitamos dibujar manualmente el esquemático y el footprint. Es común cometer errores, especialmente en el footprint. Por ejemplo, cuando la distancia que existe entre el borde de los «pads» es de apenas una fracción de milímetro los pines no se alinearán correctamente haciendo que sea difícil al momento de soldar.

3.- Layout incorrecto en una antena.

Si nuestro diseño utiliza la tecnología inalámbrica, debemos ser extremadamente cuidadosos ya que un error muy común que se puede ver en los PCBs es el montaje de una antena.
Para la transferencia de potencia máxima, entre el transceiver y la antena, debe coincidir su impedancia. Nos referimos a su impedancia compleja y no sólo a la resistencia. Se necesitará una línea de transmisión adecuada para conectar la antena y el transceiver. La mayoría de las veces, la línea de transmisión debe tener 50 ohmios de impedancia para la transferencia de potencia máxima con la antena.
Puede determinar las dimensiones para la línea de transmisión del PCB y así lograr la impedancia adecuada mediante el uso de una calculadora especial, como la AppCad que es una herramienta gratuita. Se recomienda AppCAD en particular porque puede manejar una gran cantidad de líneas de transmisión (Microstrips, Coplanar Waveguides, etc.). Otras calculadoras en línea son más limitadas en sus funciones.

4. No se utilizan capacitores  de desacoplamiento o están mal colocados.

La mayoría de los componentes en un diseño necesitan un voltaje estable y limpio. Los capacitores  de desacoplamiento en la línea de alimentación tienen esta función.
Sin embargo, los capacitores de desacoplamiento necesitan estar lo más cerca posible del pin que requiera un voltaje estable para que sea eficiente. La pista de la línea de alimentación también necesita ir entre el capacitor de desacoplamiento antes de que llegue al pin que requiere el voltaje estable.
Para los componentes altamente sensibles, como los convertidores analógico-digital, también debe añadirse un inductor en serie. Esto crea un filtro pasa bajas LC para eliminar cualquier ruido de la fuente.

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5. Layout de reguladores conmutados no optimizado.

Existen dos tipos de reguladores de voltaje en el diseño electrónico. El primer tipo es un regulador lineal; pero estos tienden a perder mucha potencia, aunque generalmente son de bajo costo y fáciles de montar. Pero para aplicaciones de alta potencia o de ultra bajo ruido, el diseño de un regulador lineal se vuelve más complicado.
El segundo tipo es un regulador conmutado. Los reguladores conmutados son más complejos, pero mucho más eficientes (menos energía desperdiciada = mayor duración de batería). Sin embargo, requieren más cuidado en el diseño de la PCB, por lo que las datasheets (hojas de datos)  deben ser estudiadas bien a detalle.

6. Vías metalizadas que no se pueden fabricar.

Una vía atraviesa todas las capas en una placa PCB, incluso si sólo se desea conectar una pista de la capa uno a la capa dos. El problema con esto es que puede incrementar el tamaño del PCB, debido a que la vía reduce el espacio de routeado en cada capa de cobre.
Una vía ciega conecta una capa externa a una capa interna y una vía enterrada conecta dos capas internas, aunque no es tan sencillo. Las vías ciegas y enterradas tienen severas limitaciones pues dependerán de cómo se estructuren las capas en la placa. No se recomiendan ampliamente ya que también podría aumentar los costes de la fabricación del PCB.

7. Las pistas de alta frecuencia son demasiado largas.

Las señales de alta velocidad deben seguir el camino más recto y corto posible.
La mayoría de los diseños basados ​​en microcontroladores requieren pocas señales de súper alta velocidad. Sin embargo, si su producto utiliza un microprocesador de alta velocidad con un conjunto de datos externos y bus de direcciones, el trazo de la pista se vuelve mucho más importante.

Estos son sólo algunos errores que pueden ocurrir en un diseño del PCB. El tener una segunda opinión (es decir, una revisión por parte de algún profesional), mejora considerablemente las posibilidades de éxito de un primer prototipo. De lo contrario, podría terminar con un prototipo que no funciona, que requiere una inversión para su corrección y tarda más tiempo en llegar.

Fuente: makezine, electrosoft.