Plano De Tierra De La PCB Lógica Y Terminación De La Puerta Lógica No Utilizada

Un área en la que pueden producirse problemas de ruido y conmutaciones espurias es cuando la conexión a tierra de los circuitos integrados en una PCB es deficiente. Disponer de un plano de tierra de PCB eficaz para los circuitos lógicos es clave para el funcionamiento fiable de toda la placa.

La utilización de un plano de tierra eficaz en la placa de circuito impreso sólo puede lograrse si se planifica desde las primeras fases del diseño. Plano De Tierra De La PCB Lógica Y Terminación De La Puerta Lógica No Utilizada.

Plano De Tierra De La PCB Lógica Y Terminación De La Puerta Lógica No Utilizada

Índice()

    Circuitos de tierra

    El circuito de tierra de una placa lógica es clave para el buen funcionamiento de un circuito o placa lógica. Si está mal configurado, puede dar lugar a niveles significativos de ruido. Por el contrario, una placa con un circuito de tierra bien diseñado tiene muchas más posibilidades de funcionar sin problemas.

    Un circuito de tierra ideal es capaz de proporcionar un plano equipotencial. Si esto fuera posible, significaría que toda la tierra estaría exactamente al mismo potencial, independientemente de la corriente que fluya en cualquier punto.

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    Por desgracia, esto no es posible porque la resistencia y la inductancia son problemas importantes y hacen que los voltajes cambien cuando los niveles de corriente varían. La clave para el éxito del diseño de un circuito lógico es minimizar los cambios de potencial de tierra que se producen cuando varían los niveles de corriente.

    Directrices clave para el diseño de circuitos lógicos de tierra

    Hay muchos aspectos para un buen diseño de circuitos de tierra. A continuación se incluyen algunas de las directrices más importantes:

    Utilizar una sola capa de PCB para la conexión a tierra: Dado que muchos circuitos lógicos se construyen con placas de circuito impreso de varias capas, es una buena práctica utilizar una capa completa para el circuito de tierra. De esta forma se minimizan tanto la resistencia como la inductancia y es muy fácil conseguir una conexión muy corta con el plano de tierra.

    Repartir el plano de tierra por toda la placa ayuda a disipar el ruido y otras formas de señal no deseada.

    Relleno del plano de tierra: Lo mejor es que el plano de tierra pueda cubrir un plano completo en la placa. Sin embargo, a veces hay espacios causados por componentes de gran tamaño, como los circuitos integrados de gran número de pines, o como resultado de las pistas que deben pasar por el plano de tierra.

    Hay que hacer todo lo posible para mantener la integridad del plano de tierra. Rellene cualquier espacio y asegúrese de que los huecos están bien conectados a tierra y no se dejan flotando, o se conectan a través de pequeñas pistas.

    Separar los planos de tierra analógicos y digitales: Siempre es una buena práctica separar las vías de retorno a tierra de las señales analógicas y digitales. Las señales analógicas pueden incluir audio y éste será muy sensible al ruido generado por los circuitos lógicos.

    Aunque será necesario conectar los dos planos en algún momento, esto debería hacerse generalmente lo más cerca posible de la fuente de alimentación. De este modo, no se produce ningún bucle de ruido de retorno en la placa analógica.

    Si se adopta un plano de tierra completo y se implementa de manera que esté separado de cualquier tierra analógica, se puede ahorrar una cantidad significativa de tiempo de búsqueda de fallos más tarde para resolver los problemas de conexión a tierra.

    Terminación de la puerta lógica no utilizada

    Otra área que es importante para cualquier diseño de circuito lógico o digital es la cuestión de las puertas no utilizadas. Cuando se completa el diseño de un circuito, es muy probable que haya puertas sobrantes que no se hayan utilizado. Además, muchos chips pueden tener entradas que no se utilizan. Las directrices de diseño suelen indicar que las entradas no conectadas deben terminarse.

    Terminación de la puerta lógica no utilizada
    Puerta lógica

    Necesidad de terminar las puertas

    Cuando se diseña un circuito lógico, es frecuente que haya puertas o cierres que no se utilicen. Además, algunas entradas de los chips lógicos que se utilizan pueden quedar sin conectar. Es importante que todas las entradas de una compuerta, latch o cualquier función estén terminadas, tanto si se utilizan como si no.

    Hay varias razones para ello:

    • Las compuertas pueden conmutar aleatoriamente: La tensión en una entrada que no está conectada, es decir, flotante, es indeterminada. Puede subir y bajar en función de las tensiones circundantes como resultado de la capacitancia, la inductancia mutua, etc. Esto podría hacer que la puerta conmutara aleatoriamente dando lugar a ruidos no deseados en los carriles de alimentación, etc.
    • La entrada flotante puede elevarse por encima de los límites especificados: La impedancia de entrada de muchas puertas es muy alta. Esto es cierto en el caso de los chips que utilizan tecnología CMOS, donde la impedancia de entrada será de muchos megaohmios. El resultado de esto es que la tensión de entrada puede flotar hasta tensiones muy por encima de los límites máximos especificados. En consecuencia, la tensión puede aumentar hasta la región de umbral de conmutación de la puerta. En este punto, tanto los transistores de entrada del canal p como los del canal n conducen, lo que hace que pase una corriente excesiva por el paquete, con la posibilidad de que se produzcan oscilaciones o daños.
    • Las entradas abiertas de los chips y las compuertas usadas pueden causar estados aleatorios: Aunque muchas entradas lógicas tienden a flotar en alto, esto no debe suponerse. Las entradas a funciones que están en uso, pero que se dejan flotando pueden asumir un estado no deseado y provocar el mal funcionamiento del chip.

    Solución a las entradas de compuerta no conectadas

    Para garantizar que las puertas no queden flotando, deben conectarse a tierra o a la barra de alimentación. A menudo no importará cuál se utilice, a menos que se trate de una entrada en una función utilizada cuando la entrada requerida, ya sea alta o baja, significaría conectarla a la barra de alimentación o a tierra respectivamente.

    Cuando se conecta una entrada a la alimentación, a menudo se utiliza una resistencia colocada entre la entrada y la alimentación. Para los chips CMOS esto no es necesario. Sólo sería necesario si los picos en el raíl pudieran llevar la entrada fuera del rango permitido (lo que no debería ocurrir para el correcto funcionamiento del chip.

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