Mejores prácticas de diseño y disposición de la conexión a tierra de placas de circuito impreso
By Prototipo de PCBAPublicado el: 2026-04-28Categorías: Diseño de PCB0 Comentarios sobre las mejores prácticas de diseño y disposición de la conexión a tierra de las placas de circuito impreso
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1. Cable de tierra
Todas las partes conectadas a tierra están unidas entre sí mediante una pista común. Esto es habitual en los diseños de PCB antiguos y en los diseños de PCB sencillos.
2. Plano de tierra común
Un plano de tierra común es uno de los métodos más comunes en Diseño de PCBCualquier espacio libre en la placa de circuito impreso que no sea utilizado por pistas o componentes está cubierto con cobre de tierra.
Un plano de tierra común puede mejorar considerablemente el rendimiento térmico de la placa de circuito impreso (PCB). Además, ayuda a reducir las interferencias electromagnéticas (EMI).
Plano de tierra común
3. Plano de tierra dedicado
En las placas de circuito impreso multicapa se utiliza un plano de tierra dedicado. Los componentes se conectan al plano de tierra mediante vías de tierra. Este tipo de diseño se encuentra en placas de circuito impreso densas y complejas con tres o más capas.
Plano de tierra dedicado
4. Puesta a tierra del sistema eléctrico
En las instalaciones de sistemas eléctricos, todas las conexiones de puesta a tierra están unidas a una barra colectora. Esta barra colectora está conectada a un conductor de puesta a tierra, y este conductor de puesta a tierra está conectado a una varilla o rejilla de puesta a tierra.
Puesta a tierra del sistema eléctrico
La barra de conexión a tierra une todos los cables de tierra de los dispositivos a un punto común. La resistencia de tierra en este punto debe ser inferior a 5 ohmios para garantizar una mejor conexión a tierra. Utilice cable de alta calidad para conectar la barra de conexión a tierra al dispositivo de puesta a tierra, como una varilla o rejilla de puesta a tierra.
5. Puesta a tierra equipotencial
La puesta a tierra equipotencial implica que cada componente conductor del área protegida debe tener el mismo potencial de tierra. Esto se logra conectando eléctricamente el chasis del equipo, las tuberías metálicas y todos los dispositivos de puesta a tierra.
La conexión a tierra equipotencial garantiza que no exista una diferencia de potencial clara entre las partes conductoras de la zona. Además, ayuda a prevenir descargas eléctricas durante una falla.
Puesta a tierra equipotencial
Consejos de diseño para la conexión a tierra de placas de circuito impreso
1. Mantenga todas las conexiones de la placa de circuito impreso completas.
No debe haber partes sin conectar en el diseño de la placa de circuito impreso (PCB). Si hay un área abierta en la placa, rellénela con cobre y vías para conectar el plano de tierra. Esto proporciona a todas las señales de la PCB una ruta clara y estructurada hacia tierra.
2. Plano de tierra
El uso de un plano de tierra es uno de los métodos más comunes empleados por los diseñadores de PCB. Un plano de tierra suele estar hecho de cobre y cubre todas las áreas de la PCB que no tienen componentes ni pistas.
Existen ciertas reglas que se aplican a los planos de tierra, y estas reglas dependen del número de capas de la placa. Por ejemplo, si la placa tiene dos capas, la regla general es colocar el plano de tierra en la capa inferior y las pistas y los componentes en la capa superior.
Plano terrestre
Al colocar un plano de tierra, asegúrese de que no forme un bucle de material conductor. Este bucle puede aumentar la sensibilidad del plano de tierra a las interferencias electromagnéticas (EMI). Cuando un campo magnético externo incide sobre el bucle conductor, este actúa como un inductor y genera una corriente denominada bucle de tierra. Un bucle de tierra puede interferir con otros circuitos y causar ruido eléctrico.
Se puede formar un bucle conductor cuando se coloca un plano de tierra debajo de toda la capa inferior y se retiran todos los componentes eléctricos. Para evitar oscilaciones, conviene acortar al máximo las pistas y colocar un plano de tierra debajo de ellas. También se puede evitar la formación de un bucle conductor ajustando la disposición de las pistas y los componentes.
Cada componente debe conectarse individualmente a un plano de tierra sólido para evitar bucles de tierra.
Bucle de tierra formado por dos trazas conectadas al plano de tierra.
Al usar la conexión a tierra del chasis, se puede evitar un bucle de tierra colocando una separación en la sección conectada a tierra, como se muestra a continuación. El uso de un condensador proporciona un punto de conexión a tierra de CA. Esto es ideal para equipos eléctricos que utilizan alimentación de red y necesitan una conexión directa a tierra.
Retire la antena de bucle de tierra.
3. Disposición de los componentes analógicos y digitales
Los componentes deben colocarse cerca de la capa de tierra para que el retorno sea corto y las pistas estén bien conectadas a tierra. Si la placa de circuito impreso contiene componentes analógicos y digitales, las conexiones a tierra deben realizarse con sumo cuidado. La parte analógica y la digital de la placa deben estar físicamente separadas, pero aun así deben conectarse al retorno de alimentación.
Conexión a tierra de señal mixta
Algunos sugieren separar completamente la tierra digital de la analógica y conectarlas con un núcleo de ferrita. Sin embargo, esto puede generar más problemas de interferencia electromagnética y ruido de los que resuelve, especialmente cuando el circuito opera a frecuencias muy altas.
Una buena forma de conectar estos componentes es colocar la ruta de retorno de la alimentación entre los dos planos de tierra, de modo que la corriente de retorno de un componente no pase al otro. Es importante tener en cuenta que no se deben trazar pistas a través del espacio entre los dos planos de tierra, ya que esto crea una ruta de retorno de corriente muy larga, lo que la hace muy sensible a las interferencias electromagnéticas (EMI). El espacio entre los planos de tierra se puede utilizar para componentes de señal mixta, como convertidores analógico-digitales (ADC).
4. Vías del plano de tierra
Si la placa de circuito impreso (PCB) tiene planos de tierra en ambos lados, estos se conectan mediante vías ubicadas en diferentes puntos de la placa. Estas vías son orificios que atraviesan la placa y conectan ambos lados, de modo que se puede acceder al plano de tierra desde cualquier lugar donde se pueda colocar una vía.
El uso de vías puede ayudar a evitar bucles de tierra. Estas conectan un componente directamente al punto de tierra, y dicho punto de tierra ofrece una conexión de baja impedancia a todos los demás puntos de tierra del circuito. Además, contribuyen a acortar la longitud del bucle de retorno.
Vías del plano de tierra
Un plano de tierra suele resonar a una longitud de onda específica de la frecuencia de la corriente que lo atraviesa. Para evitar la resonancia del plano de tierra, conviene colocar vías alrededor con una separación fija y precisa. Las vías acampanadas son una parte importante de una placa de circuito impreso (PCB), ya que ayudan a disipar el calor a través de la vía hacia el otro lado de la placa, lo que contribuye a enfriar los componentes que se calientan.
Si el diseño de la placa de circuito impreso no tiene vías, puede perforar algunos agujeros pequeños con un taladro pequeño, luego pasar un cable de cobre a través de los agujeros y soldarlo para crear una conexión entre ambos lados.
5. Desacoplamiento
El desacoplamiento consiste en colocar una red LC junto a un chip de circuito integrado para proporcionar corriente de conmutación transitoria. Los pines de alimentación del circuito integrado lo conectan a la fuente de alimentación externa. Además, se incluyen pines de tierra para conectarlo al plano de tierra de la placa de circuito impreso (PCB).
Se debe colocar un condensador de desacoplamiento entre el pin de alimentación y el plano de tierra para eliminar la oscilación causada por el voltaje suministrado al chip.
Colocación correcta e incorrecta para el desacoplamiento de alta frecuencia
Los condensadores de desacoplamiento son muy importantes para mejorar y fortalecer el funcionamiento de las placas de circuito impreso (PCB). Un condensador está diseñado para almacenar carga, por lo que un condensador de desacoplamiento en una PCB funciona como un dispositivo de almacenamiento de carga.
Así, si el circuito integrado necesita más carga, el condensador de desacoplamiento se la proporciona a través de una ruta de baja inductancia. Además de mejorar el funcionamiento de la placa de circuito impreso, los condensadores de desacoplamiento también pueden reducir el ruido producido por la fuente de alimentación en planos multicapa. Asimismo, reducen las interferencias electromagnéticas (EMI).
6. Todos los conectores de la placa de circuito impreso deben estar conectados a tierra.
En un conector, todas las líneas de señal deben ir en paralelo. Por lo tanto, debe separar el conector utilizando pines de tierra.
Cada placa puede requerir varios pines de conexión a tierra. Usar un solo pin puede causar problemas de desajuste de impedancia, lo que puede provocar oscilaciones. Si la impedancia de dos conductores conectados no coincide, la corriente que fluye entre ellos puede fluctuar. Estas oscilaciones pueden alterar el rendimiento del sistema y provocar que no funcione correctamente.
La resistencia de contacto de cada pin en un conector es muy baja, pero puede aumentar con el tiempo. Por lo tanto, es mejor usar varios pines de tierra. Entre el 30 % y el 40 % de los pines en un conector de PCB deberían ser pines de tierra.
Los conectores tienen diferentes pasos y pueden tener diferente número de filas de pines. Los pines de un conector también pueden ser paralelos a la superficie de la placa de circuito impreso o formar un ángulo recto con ella.
7. Proporcione siempre un punto de encuentro común.
Ya sea una placa de circuito impreso (PCB) de una sola capa o multicapa, debe haber un punto que conecte todos los puntos de tierra. Este puede ser un marco metálico en el chasis o un plano de tierra específico en la PCB. A este punto de tierra común se le suele llamar tierra en estrella.
Proporcione siempre un punto de encuentro común.
8. Reduzca al máximo las vías en serie.
Asegúrese de reducir al máximo el número de vías en serie en la ruta de tierra. En su lugar, envíe la tierra del componente directamente al plano de tierra dedicado.
Cuantas más vías se añadan a la placa, mayor será la impedancia que se deberá gestionar. Esto es especialmente importante para las corrientes transitorias rápidas, ya que pueden convertir una ruta de impedancia en una diferencia de potencial.
9. Diseñar la conexión a tierra antes del enrutamiento.
Antes de realizar cualquier trazado, siempre hay que diseñar primero el trazado. Este es el fundamento de todo el proceso de trazado.
10. Conozca la ruta de la corriente en la placa de circuito impreso.
Muchos diseñadores solo piensan en el destino de sus señales, pero toda señal tiene un camino de retorno a través de tierra. La ruta de envío y la de retorno de una señal tendrán la misma corriente. Esto afecta la estabilidad de la alimentación y el rebote de tierra.
Puedes utilizar la Ley de Corrientes de Kirchhoff para comprender cómo se moverá la corriente a través de tu circuito.
Conozca la ruta de la corriente en la placa de circuito impreso.
11. Plano de tierra en la pila de componentes
En las placas de circuito impreso multicapa, la disposición de las capas de alimentación, señal y tierra en la estructura de capas tiene un gran efecto en la integridad de la señal y también afectará la estrategia de enrutamiento.
Es importante mantener el plano de tierra cerca de la capa de señal para minimizar el retorno de corriente. En una placa de 4 capas, el plano de alimentación y el plano de tierra suelen ubicarse en las capas internas, mientras que las pistas de señal y los componentes se colocan en las dos capas externas.
12. Planificar las diferencias dinámicas entre planos de tierra.
Al realizar conexiones a tierra entre placas en una PCB multicapa, siempre hay que prever cambios dinámicos. Esto es especialmente importante en aplicaciones que requieren cables largos.
Para estos casos, se pueden utilizar señales diferenciales de bajo voltaje, optoacopladores y bobinas de choque de modo común para controlar los cambios.
13. Preste atención a la separación del enrutamiento de señales mixtas.
Es necesario separar la parte analógica de la placa, lo que incluye los convertidores analógico-digitales y los convertidores digital-analógicos.
Al diseñar el plano de la placa de circuito impreso (PCB), asegúrese de aislar estas áreas. La toma de tierra del convertidor analógico-digital (ADC) se puede conectar a un punto de tierra común, y las señales digitales pueden pasar a través de ese punto hacia el resto de la PCB.
Presta atención a la distribución de espacios con señales mixtas.
14. Evite los bucles de tierra.
Bucle de tierra formado por dos trazas
Por experiencia, el término “bucle de tierra” puede referirse a cualquier caso en el que un sistema se vea afectado por diferencias en el potencial de tierra. Un ejemplo común es cuando dos módulos están conectados por un cable largo. En ese caso, la corriente de retorno en el cable hace que la tensión de tierra de un módulo sea mucho mayor que la del otro. Pero aquí, hablamos de un bucle de tierra de una manera más específica. Por ejemplo:
Bucle de tierra
Si necesita utilizar pistas de PCB separadas para muchas conexiones a tierra, es muy fácil crear un bucle como el que se muestra arriba.
La presencia de un plano de tierra no significa que sea imposible crear un bucle de tierra, ya que el software CAD no impide dibujar trazas entre puntos de tierra. Sin embargo, si siempre se utilizan vías o agujeros pasantes para las conexiones a tierra, el problema prácticamente desaparece. Al colocar una vía en el plano, se puede conectar directamente el componente al punto de tierra, y este punto tiene una conexión de baja impedancia con todos los demás puntos de la red de tierra.
Evite los bucles de tierra.
Es importante colocar correctamente los componentes en el diseño de la placa de circuito impreso. Para evitar bucles de tierra, puede realizar la conexión del plano de tierra dividido directamente debajo del componente.
Evite los bucles de tierra.
En diseños de PCB con múltiples subsistemas, conviene colocar los componentes de señal mixta con cuidado, de modo que las conexiones de partición de la placa se realicen debajo del componente. Esto ayuda a evitar bucles de tierra.
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