Patrones de vía y almohadilla que mantienen baja la inductancia

Dos milímetros de pista de 0,25 mm cuestan aproximadamente tanta inductancia como el propio condensador. Ésa es la escala en la que trabaja esta lección: la geometría entre la almohadilla y el plano, donde se crea casi toda la inductancia de montaje y donde más barato sale quitarla.

Los patrones, de peor a mejor

Salida a una vía compartida. Los dos condensadores salen a una vía por lado. El lazo incluye las dos pistas de salida, y los condensadores dejan de ser independientes: comparten la inductancia de la vía, así que ponerlos en paralelo rinde mucho menos de lo que parece.

Salida a vías propias. Cada condensador tiene sus vías, alcanzadas por una pista corta. Mejor, porque los condensadores son independientes, pero la pista de salida sigue dentro del lazo.

Vías en los extremos de las almohadillas. La vía queda inmediatamente al final de cada almohadilla. El término de salida casi desaparece. Es la buena práctica estándar y se consigue en casi cualquier placa.

Vías al costado de las almohadillas. Vías colocadas a los lados en vez de en línea, lo que acorta más el lazo al estrechar el área entre ida y retorno.

Vía en almohadilla. La vía va dentro de la propia almohadilla. La menor inductancia posible con piezas discretas, a cambio de un paso de proceso de relleno y metalizado, que es una decisión de fabricación real y no es gratis.

El salto del primero al tercero es grande y normalmente gratuito. El del tercero al quinto es menor y cuesta dinero. Casi todos los diseños deberían dar el primer salto y discutir el segundo sólo cuando el presupuesto lo exija.

Por qué la posición de la vía cambia tanto el lazo

El lazo es un área. Con las vías en línea más allá de los extremos de las almohadillas, la corriente va a lo largo del componente, baja por una vía, vuelve por el plano y sube por la otra: el área encerrada es aproximadamente la longitud del componente por la profundidad hasta el plano.

Mueve las dos vías a los costados del componente y la separación horizontal se encoge mientras la profundidad vertical sigue igual. Menos área, menos inductancia, el mismo componente y el mismo número de capas.

Por eso también la profundidad hasta el plano importa tanto como cualquier cosa que hagas en la superficie. En una placa con el par de planos a 1,5 mm, la parte vertical del lazo domina y optimizar la superficie rinde poco. Arregla primero el stackup: es una palanca mayor que cualquier geometría de almohadilla.

Reglas que aguantan

• [ ] Un par de vías por condensador. No compartir vías entre condensadores.
• [ ] Vías tan pegadas a las almohadillas como permitan las reglas de diseño.
• [ ] La conexión más corta posible de almohadilla a vía; idealmente, ninguna.
• [ ] Que cada vía llegue al par de planos que está desacoplando: la de

alimentación al plano de alimentación, la de masa al plano por el que retorna.

• [ ] Donde haya sitio, dos vías por terminal en vez de una. Las vías en

paralelo dividen la inductancia.

• [ ] Sin radios de alivio térmico en las vías de desacoplo. Los radios existen

para facilitar la soldadura y añaden inductancia justo donde no puedes permitírtela.

• [ ] Mantener cerca entre sí las vías de alimentación y de masa, no en

extremos opuestos de la pieza.

Lo del alivio térmico pilla a mucha gente. Una conexión con radios puede añadir una fracción apreciable de nanohenrio, y en un plano que de todas formas se suelda entero por refusión, los radios suelen estar resolviendo un problema que el proceso no tiene. Confírmalo con tu fabricante en vez de dejar el valor por defecto de la librería.

La comparación de montajes, en números

El mismo condensador 0402 en la misma placa de cuatro capas, con el par de planos a 0,8 mm de la superficie.

Estimaciones para comparar sobre un stackup. Los valores absolutos serán otros en el tuyo; el orden, no.

Fíjate dónde está la ganancia grande. Quitar 1,5 mm de salida reduce el lazo a la mitad. Doblar el número de vías después aporta un 20 %. Reparte tu atención en consecuencia.

Cómo se ve esto en una librería

Casi todo esto se gana o se pierde en la librería de huellas, no en cada layout.

Si tu huella de desacoplo 0402 lleva las vías en los extremos como parte de la huella, todo ingeniero que la coloque obtiene un buen montaje por defecto, y el buen montaje deja de depender de que alguien se acuerde. Si la huella son almohadillas desnudas, cada colocación es una nueva oportunidad de hacerlo mal.

Convertir esto en una propiedad de la librería en lugar de en una costumbre de layout es el cambio de mayor efecto que tiene a mano un equipo, y cuesta una tarde.

Qué viene después

La lección 6 vuelve de la geometría al componente: cómo elegir valores razonando, y si el 100 nF por defecto se merece su puesto.

Las cifras de inductancia son estimaciones sobre un stackup, usadas para enseñar el efecto relativo. Confirma la geometría de vías y almohadillas con las capacidades de tu fabricante antes de comprometerte, en especial para la vía en almohadilla, que exige un proceso concreto.

Fuentes y lecturas recomendadas

Texas Instruments — SPRACE6: PDN Analysis and Layout Guidance Texas Instruments — SPRAC76: Sitara Processor PDN Implementation and Analysis