Evitar problemas electromagnéticos en el diseño de PCB (2)
La diafonía y las trazas son clave
Las trazas son especialmente importantes para garantizar el flujo adecuado de corriente. Si la corriente proviene de un oscilador u otro dispositivo similar, es especialmente importante mantener la corriente separada del plano de tierra o no ejecutarla en paralelo con otro rastro. Dos señales paralelas de alta velocidad pueden generar EMC y EMI, especialmente la diafonía. La ruta de resistencia debe minimizarse y la ruta de corriente de retorno debe ser lo más corta posible. La longitud de la traza de la ruta de retorno debe ser la misma que la longitud de la traza de transmisión.
Para EMI, uno se llama "rastro agresivo" y el otro es el "rastro victimizado". El acoplamiento inductivo y capacitivo puede afectar las trazas "victimizadas" debido a la presencia de campos electromagnéticos, que pueden causar corrientes directas e inversas en las "trazas victimizadas". De esta manera, las ondas se generan en un entorno estable donde las longitudes de la señal transmitidas y recibidas son casi iguales.
En un entorno de rastreo estable y bien equilibrado, las corrientes inducidas deben cancelarse entre sí para eliminar la diafonía. Sin embargo, estamos en un mundo imperfecto, y esas cosas no sucederán. Por lo tanto, nuestro objetivo es mantener la diafonía en todos los rastros al mínimo. Si el ancho entre líneas paralelas se duplica, el efecto de la diafonía se puede minimizar. Por ejemplo, si el ancho de la traza es de 5 mils, la distancia mínima entre dos trazas paralelas debe ser de 10 mils o más.
A medida que surgen nuevos materiales y nuevos componentes, los diseñadores de PCB deben continuar abordando la compatibilidad electromagnética y los problemas de interferencia.
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Condensador de desacoplamiento
Los condensadores de desacoplamiento pueden reducir los efectos adversos de la diafonía. Deben ubicarse entre los pines de alimentación y tierra del dispositivo para garantizar una baja impedancia de CA y reducir el ruido y la diafonía. Para lograr una baja impedancia en un amplio rango de frecuencia, se deben usar condensadores de desacoplamiento múltiples.
El uso de condensadores de desacoplamiento alrededor de la matriz de rejilla esférica reduce la diafonía.Un principio importante para colocar condensadores de desacoplamiento es que el condensador con el valor de capacitancia más pequeño debe estar lo más cerca posible del dispositivo para reducir la influencia de la inductancia en las trazas. Este condensador en particular se coloca lo más cerca posible de los pines de alimentación del dispositivo o de las trazas de alimentación, y la almohadilla del condensador se conecta directamente a la vía o al plano de tierra. Si las trazas son largas, use múltiples vías para minimizar la impedancia de tierra.
Evitar ángulos de 90 °
Para reducir la EMI, evite formar trazas, vías y otros componentes en un ángulo de 90 °, ya que los ángulos rectos pueden irradiar. La capacitancia aumentará en esta esquina, y la impedancia característica cambiará, dando como resultado la reflexión y luego EMI. Para evitar ángulos de 90 °, las trazas deben enrutarse al menos dos ángulos de 45 ° hacia las esquinas.
Tenga precaución con vias
En casi todos los diseños de PCB, se deben usar vías para proporcionar conexiones conductoras entre las diferentes capas. Los ingenieros de diseño de PCB deben tener cuidado porque las vías pueden crear inductancia y capacitancia. En algunos casos, también causan reflexiones porque la impedancia característica cambia cuando se realiza una vía en una traza.
También tenga en cuenta que las vías aumentan la longitud del rastreo y requieren coincidencia. Para trazas diferenciales, evite las vías tanto como sea posible. Si esto no se puede evitar, se debe usar vias en ambas trazas para compensar los retrasos en la señal y la ruta de retorno.
Cable y apantallamiento 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, el nivel de acoplamiento se mantiene bajo y se eliminan los campos magnéticos generados. Para señales de alta frecuencia, se deben utilizar cables blindados, con los lados frontal y posterior conectados a tierra para eliminar la interferencia EMI.
El escudo físico es cubrir todo o parte del sistema con un paquete de metal para evitar que EMI ingrese al circuito de la PCB. Este blindaje es como un contenedor conductor cerrado y conectado a tierra que reduce el tamaño del bucle de la antena y absorbe la EMI.