No projeto de PCB, a compatibilidade eletromagnética (EMC) e a interferência eletromagnética associada (EMI) têm sido tradicionalmente duas grandes dores de cabeça para os engenheiros, especialmente nos projetos atuais de placas de circuito e os pacotes de componentes continuam a diminuir, os OEMs exigem sistemas de maior velocidade.Neste artigo, compartilharei como evitar problemas eletromagnéticos no projeto de PCB.
1. Crosstalk e alinhamento são o foco
O alinhamento é particularmente importante para garantir o fluxo adequado de corrente.Se a corrente vier de um oscilador ou outro dispositivo semelhante, é particularmente importante manter a corrente separada da camada de terra ou evitar que a corrente corra em paralelo com outro alinhamento.Dois sinais de alta velocidade em paralelo podem gerar EMC e EMI, especialmente diafonia.É importante manter os caminhos do resistor tão curtos quanto possível e os caminhos da corrente de retorno tão curtos quanto possível.O comprimento do caminho de retorno deve ser igual ao comprimento do caminho de transmissão.
Para a EMI, um caminho é denominado “caminho da violação” e o outro é o “caminho da vítima”.O acoplamento indutivo e capacitivo afeta o caminho da “vítima” devido à presença de campos eletromagnéticos, gerando assim correntes diretas e reversas no “caminho da vítima”.Desta forma, a ondulação é gerada em um ambiente estável onde os comprimentos de transmissão e recepção do sinal são quase iguais.
Num ambiente bem equilibrado com alinhamentos estáveis, as correntes induzidas devem cancelar-se mutuamente, eliminando assim a diafonia.No entanto, estamos num mundo imperfeito onde tal coisa não acontece.Portanto, nosso objetivo é que o crosstalk seja mantido ao mínimo para todos os alinhamentos.O efeito do crosstalk pode ser minimizado se a largura entre as linhas paralelas for duas vezes a largura das linhas.Por exemplo, se a largura da linha for 5 mils, a distância mínima entre duas linhas paralelas deverá ser 10 mils ou mais.
À medida que novos materiais e componentes continuam a aparecer, os projetistas de PCB também devem continuar a lidar com problemas de EMC e interferência.
2. Desacoplamento de capacitores
Os capacitores de desacoplamento reduzem os efeitos indesejáveis do crosstalk.Eles devem estar localizados entre os pinos de alimentação e aterramento do dispositivo, o que garante uma baixa impedância CA e reduz ruído e diafonia.Para obter baixa impedância em uma ampla faixa de frequência, vários capacitores de desacoplamento devem ser usados.
Um princípio importante para a colocação de capacitores de desacoplamento é que o capacitor com menor valor de capacitância seja colocado o mais próximo possível do dispositivo para reduzir os efeitos indutivos nos alinhamentos.Este capacitor específico deve ser colocado o mais próximo possível dos pinos da fonte de alimentação do dispositivo ou da pista da fonte de alimentação e as almofadas do capacitor devem ser conectadas diretamente às vias ou ao nível do solo.Se o alinhamento for longo, use múltiplas vias para minimizar a impedância de terra.
3. Aterrando a PCB
Uma forma importante de reduzir a EMI é projetar a camada de aterramento da PCB.O primeiro passo é tornar a área de aterramento a maior possível dentro da área total da placa PCB para que as emissões, diafonia e ruído possam ser reduzidos.Deve-se ter cuidado especial ao conectar cada componente a um ponto de aterramento ou camada de aterramento, sem o qual o efeito neutralizante de uma camada de aterramento confiável não pode ser totalmente utilizado.
Um projeto de PCB particularmente complexo possui várias tensões estáveis.Idealmente, cada tensão de referência possui sua própria camada de aterramento correspondente.No entanto, muitas camadas de aterramento aumentariam os custos de fabricação da PCB e a tornariam muito cara.Um compromisso é usar camadas de aterramento em três a cinco locais diferentes, cada um dos quais pode conter diversas seções de aterramento.Isto não apenas controla o custo de fabricação da placa, mas também reduz EMI e EMC.
Um sistema de aterramento de baixa impedância é importante para minimizar a EMC.Em uma PCB multicamadas, é preferível ter uma camada de aterramento confiável em vez de um bloco de equilíbrio de cobre (roubo de cobre) ou uma camada de aterramento dispersa, pois possui baixa impedância, fornece um caminho de corrente e é a melhor fonte de sinais reversos.
O tempo que o sinal leva para retornar ao solo também é muito importante.O tempo que leva para o sinal viajar de e para a fonte deve ser comparável, caso contrário ocorrerá um fenômeno semelhante ao de uma antena, permitindo que a energia irradiada se torne parte do EMI.Da mesma forma, o alinhamento da corrente de/para a fonte do sinal deve ser o mais curto possível; se os caminhos da fonte e do retorno não tiverem o mesmo comprimento, ocorrerá um salto de terra e isso também gerará EMI.
4. Evite ângulos de 90°
Para reduzir a EMI, o alinhamento, as vias e outros componentes devem ser evitados formando um ângulo de 90°, pois um ângulo reto gerará radiação.Para evitar ângulo de 90°, o alinhamento deve ser de pelo menos duas fiações em ângulo de 45° até o canto.
5. O uso de over-hole precisa ter cuidado
Em quase todos os layouts de PCB, as vias devem ser usadas para fornecer uma conexão condutora entre as diferentes camadas.Em alguns casos, também produzem reflexões, pois a impedância característica muda quando as vias são criadas no alinhamento.
Também é importante lembrar que as vias aumentam o comprimento do alinhamento e precisam ser combinadas.No caso de alinhamentos diferenciais, as vias devem ser evitadas sempre que possível.Se isso não puder ser evitado, as vias devem ser usadas em ambos os alinhamentos para compensar atrasos no sinal e nos caminhos de retorno.
6. Cabos e blindagem física
Cabos que transportam circuitos digitais e correntes analógicas podem gerar capacitância e indutância parasitas, causando muitos problemas relacionados à EMC.Se forem utilizados cabos de par trançado, um baixo nível de acoplamento é mantido e os campos magnéticos gerados são eliminados.Para sinais de alta frequência, devem ser usados cabos blindados, com a parte frontal e traseira aterradas, para eliminar interferência EMI.
A blindagem física é o revestimento de todo ou parte do sistema em uma embalagem metálica para evitar que EMI entre no circuito da PCB.Essa blindagem atua como um capacitor fechado condutor de terra, reduzindo o tamanho do loop da antena e absorvendo EMI.
Horário da postagem: 23 de novembro de 2022