Checklist de masas y retornos para un layout terminado

Ésta es una revisión que se pasa a un layout terminado, en el editor, antes de que salgan los ficheros de fabricación. Lleva menos de una hora en una tarjeta mediana y encuentra los problemas que un DRC no puede encontrar, porque ninguno es una violación de reglas.

Nada de esto exige un simulador. Exige mirar la tarjeta de maneras que la vista por defecto no invita a usar.

Prepara la vista primero

Tres ajustes hacen posible el resto:

• Pinta los planos como cobre lleno, no como contorno. Casi todos los

defectos de un plano son invisibles en modo contorno.

• Apréndete el atajo que aísla una capa. Lo vas a usar sin parar.
• Ten a mano la lista de tus redes rápidas. Relojes, buses serie por

encima de unos megahercios, cualquier cosa con flanco por debajo de unos 2 ns, nodos de conmutación.

La lista

1. Mira cada plano completamente solo

Esconde todo lo demás. Busca ranuras, cuellos, islas y huecos inesperados. Marca cualquier cosa que parezca un canal en lugar de una lámina.

2. Sigue cada red rápida sobre su referencia

Para cada red de la lista, recórrela de emisor a receptor con el plano contiguo visible. Buscas cualquier punto en el que no haya cobre justo debajo de la pista. Ésta es la comprobación con más valor de toda la lista.

3. Revisa cada cambio de capa de esas redes

Para cada vía de una red rápida, ¿hay una vía de masa a unos pocos milímetros? Si la señal pasa de una capa referenciada a masa a otra referenciada a alimentación, ¿hay un condensador de stitching cerca, y podría un cambio de stackup haber evitado la transición entera?

4. Inspecciona cada corte deliberado

Si hay un foso, lista todos los conductores que lo cruzan. Para cada uno, di en voz alta por dónde vuelve su corriente. Cualquier respuesta que incluya «dando la vuelta» es un hallazgo.

5. Inspecciona los cortes accidentales

Huellas de conector, escapes densos de BGA, cadenas largas de alivios térmicos y cualquier pista ruteada por una capa de plano. Son los cortes que nadie decidió hacer.

6. Comprueba el plano alrededor de cada conector

¿Llega el plano continuo hasta la huella? ¿Están cosidas entre sí las capas de plano cerca de ella? ¿Las señales rápidas se acercan cruzando la fila de antipads o por una dirección continua?

7. Revisa la asignación de pines del conector

Para cada señal rápida que sale de la tarjeta, ¿cuál es su pin de retorno y a qué distancia está? ¿Hay un pin de masa sirviendo a muchas señales?

8. Encuentra los lazos de los reguladores conmutados

Para cada convertidor conmutado, identifica el lazo que lleva la corriente conmutada: condensador de entrada, interruptor, diodo o síncrono, y vuelta. ¿Es pequeño, está en una sola capa y tiene su corriente de retorno algún motivo para circular bajo circuitería sensible?

9. Comprueba los lazos de retorno del desacoplo

Para cada condensador de desacoplo de un integrado rápido, ¿a qué distancia está del pin, y cómo llega su retorno a la masa del integrado? Un condensador con un camino de vías largo hasta el plano tiene una inductancia que no habías presupuestado.

10. Verifica la partición mirando, no confiando

Si la tarjeta tiene sección analógica, muestra las redes digitales y busca alguna que entre en la región analógica. Con una basta. Esto no se puede comprobar por reglas, sólo con la vista.

11. Comprueba las masas del convertidor y de la referencia

¿Están los pines de masa del convertidor conectados como especifica la guía de layout del fabricante para esa pieza? ¿Está la referencia cerca, con su conexión de masa junto a la masa analógica del convertidor y no al otro lado de la tarjeta?

12. Sigue los caminos de corriente alta

Drivers de motor, etapas de potencia, cualquier cosa por encima de unos centenares de miliamperios. Sigue el retorno desde la carga hasta la fuente y anota por debajo de qué pasa. Corriente alta circulando bajo una sección sensible es un problema aunque el plano sea continuo.

13. Busca muñones y cobre sin coser

Rellenos conectados por un punto, regiones aisladas, cobre bajo una caja de apantallamiento atado por dos esquinas. O lo coses como es debido o lo quitas.

14. Mira el borde de la tarjeta

En una tarjeta multicapa, ¿están unidas entre sí las capas de plano cerca del perímetro? Esto importa más cuanto más sube la frecuencia significativa más alta.

Cómo anotar lo que encuentres

Trata los hallazgos como la salida de cualquier otra revisión, en vez de arreglarlos sobre la marcha. Anota la red, el sitio y qué esperas que pase. Por tres motivos:

• Algunos hallazgos resultan aceptables una vez pensados, y quieres ese juicio

escrito en lugar de repetirlo en la siguiente revisión.

• Otros no compensa arreglarlos en esta vuelta y deben quedar en la lista de

la siguiente.

• Arreglar mientras revisas es la forma de perder el sitio y saltarte media

tarjeta.

Si tu proyecto guarda un registro de decisiones de diseño, esto es buen material para él, y hay una guía sobre documentar las decisiones de diseño que explica cómo. El razonamiento detrás de un hallazgo que se acepta es justo lo que nadie puede reconstruir dos años después, y es el tipo de contexto que pertenece a la revisión y no a la memoria de alguien.

Qué no cubre esta revisión

Ser honesto con el alcance importa más que una lista larga.

Esta revisión encuentra problemas geométricos en los caminos de retorno. No verifica impedancias, no predice emisiones de forma cuantitativa y no sustituye a una simulación de integridad de señal en una tarjeta que la necesite.

Lo que sí hace es eliminar la clase de problemas que son gratis de arreglar en el layout y caros de arreglar después de fabricar, que en la mayoría de las tarjetas son la mayoría de los problemas de masas.

Dónde termina este curso

Diez lecciones, una idea: la corriente circula en lazos, y el circuito es el lazo. Cada regla de este curso es esa frase aplicada a una situación, y cuando aparezca una situación nueva que ninguna regla cubra, la forma de contestarla es seguir el lazo.

Los consejos sobre masas que te encuentres por ahí son casi todos ciertos, en el contexto en el que se dijeron por primera vez. Ahora tienes con qué averiguar cuál era ese contexto, y si es el tuyo.

Fuentes y lecturas recomendadas

• Texas Instruments: diseño de PCB y corriente de retorno (SLYP173) — continuidad del plano, caminos de retorno y consecuencias en layout.
• Texas Instruments Analog Applications Journal: masas en señal mixta (SLYT512) — partición y disciplina de ruteo.
• James Bryant, Analog Devices: masas en convertidores analógico-digitales — pines de masa del convertidor y colocación del desacoplo.
• Clemson Vehicular Electronics Laboratory: caminos de retorno y EMI — por qué las discontinuidades excitan estructuras radiantes.