En el diseño de PCB, la compatibilidad electromagnética (EMC) y la interferencia electromagnética (EMI) asociada han sido tradicionalmente dos grandes dolores de cabeza para los ingenieros, especialmente en los diseños de placas de circuitos actuales y los paquetes de componentes continúan reduciéndose, los OEM requieren sistemas de mayor velocidad.En este artículo, compartiré cómo evitar problemas electromagnéticos en el diseño de PCB.
1. La diafonía y la alineación son el foco
La alineación es particularmente importante para garantizar el flujo adecuado de corriente.Si la corriente proviene de un oscilador u otro dispositivo similar, es particularmente importante mantener la corriente separada de la capa de tierra o evitar que la corriente corra en paralelo con otra alineación.Dos señales de alta velocidad en paralelo pueden generar EMC y EMI, especialmente diafonía.Es importante mantener los recorridos de las resistencias lo más cortos posible y los recorridos de la corriente de retorno lo más cortos posible.La longitud del camino de retorno debe ser la misma que la longitud del camino de transmisión.
Para EMI, un camino se denomina “camino de la infracción” y el otro es el “camino de la víctima”.El acoplamiento inductivo y capacitivo afecta el camino de la "víctima" debido a la presencia de campos electromagnéticos, generando así corrientes directas e inversas en el "camino de la víctima".De esta manera, se genera ondulación en un entorno estable donde las longitudes de transmisión y recepción de la señal son casi iguales.
En un entorno bien equilibrado con alineamientos estables, las corrientes inducidas deberían anularse entre sí, eliminando así la diafonía.Sin embargo, estamos en un mundo imperfecto donde tal cosa no sucede.Por lo tanto, nuestro objetivo es que la diafonía se mantenga al mínimo en todas las alineaciones.El efecto de la diafonía se puede minimizar si el ancho entre líneas paralelas es el doble del ancho de las líneas.Por ejemplo, si el ancho de la línea es de 5 mils, la distancia mínima entre dos líneas paralelas debe ser de 10 mils o más.
A medida que siguen apareciendo nuevos materiales y componentes, los diseñadores de PCB también deben seguir ocupándose de los problemas de EMC y de interferencia.
2. Condensadores de desacoplamiento
Los condensadores de desacoplamiento reducen los efectos indeseables de la diafonía.Deben ubicarse entre los pines de alimentación y tierra del dispositivo, lo que garantiza una baja impedancia de CA y reduce el ruido y la diafonía.Para lograr una baja impedancia en un amplio rango de frecuencia, se deben utilizar múltiples condensadores de desacoplamiento.
Un principio importante para colocar condensadores de desacoplamiento es que el condensador con el valor de capacitancia más bajo se coloque lo más cerca posible del dispositivo para reducir los efectos inductivos en las alineaciones.Este condensador en particular debe colocarse lo más cerca posible de las clavijas de alimentación del dispositivo o del canal de alimentación y las almohadillas del condensador deben conectarse directamente a las vías o al nivel del suelo.Si la alineación es larga, utilice múltiples vías para minimizar la impedancia de tierra.
3. Conexión a tierra de la PCB
Una forma importante de reducir la EMI es diseñar la capa de conexión a tierra de la PCB.El primer paso es hacer que el área de conexión a tierra sea lo más grande posible dentro del área total de la placa PCB para poder reducir las emisiones, la diafonía y el ruido.Se debe tener especial cuidado al conectar cada componente a un punto o capa de tierra, sin el cual no se puede aprovechar plenamente el efecto neutralizador de una capa de tierra confiable.
Un diseño de PCB particularmente complejo tiene varios voltajes estables.Lo ideal es que cada tensión de referencia tenga su propia capa de puesta a tierra correspondiente.Sin embargo, demasiadas capas de conexión a tierra aumentarían los costes de fabricación de la PCB y la harían demasiado cara.Un compromiso es utilizar capas de puesta a tierra en tres a cinco ubicaciones diferentes, cada una de las cuales puede contener varias secciones de puesta a tierra.Esto no sólo controla el coste de fabricación de la placa, sino que también reduce EMI y EMC.
Un sistema de puesta a tierra de baja impedancia es importante si se quiere minimizar la EMC.En una PCB multicapa es preferible tener una capa de tierra confiable en lugar de un bloque de equilibrio de cobre (robo de cobre) o una capa de tierra dispersa, ya que tiene baja impedancia, proporciona una ruta de corriente y es la mejor fuente de señales inversas.
El tiempo que tarda la señal en regresar a tierra también es muy importante.El tiempo que tarda la señal en viajar hacia y desde la fuente debe ser comparable; de lo contrario, se producirá un fenómeno similar a una antena, permitiendo que la energía radiada pase a formar parte de la EMI.De manera similar, la alineación de la corriente hacia/desde la fuente de señal debe ser lo más corta posible; si las rutas de fuente y retorno no tienen la misma longitud, se producirá un rebote del suelo y esto también generará EMI.
4. Evite los ángulos de 90°
Para reducir la EMI, se debe evitar que la alineación, las vías y otros componentes formen un ángulo de 90°, porque un ángulo recto generará radiación.Para evitar un ángulo de 90°, la alineación debe ser de al menos dos cables en un ángulo de 45° hasta la esquina.
5. Se debe tener cuidado con el uso de orificios superiores.
En casi todos los diseños de PCB, se deben utilizar vías para proporcionar una conexión conductora entre las diferentes capas.En algunos casos, también producen reflejos, ya que la impedancia característica cambia cuando se crean las vías en la alineación.
También es importante recordar que las vías aumentan la longitud de la alineación y deben coincidir.En el caso de alineamientos diferenciales, se deben evitar las vías siempre que sea posible.Si esto no se puede evitar, se deben utilizar vías en ambas alineaciones para compensar los retrasos en la señal y las rutas de retorno.
6. Cables y blindaje físico
Los cables que transportan circuitos digitales y corrientes analógicas pueden generar capacitancia e inductancia parásitas, causando muchos problemas relacionados con EMC.Si se utilizan cables de par trenzado se mantiene un bajo nivel de acoplamiento y se eliminan los campos magnéticos generados.Para señales de alta frecuencia, se deben utilizar cables blindados, con la parte delantera y trasera conectadas a tierra, para eliminar la interferencia EMI.
El blindaje físico es el revestimiento de la totalidad o parte del sistema en un paquete metálico para evitar que EMI ingrese al circuito de PCB.Este blindaje actúa como un condensador conductor de tierra cerrado, reduciendo el tamaño del bucle de la antena y absorbiendo EMI.
Hora de publicación: 23-nov-2022