En el disseny del PCB, la compatibilitat electromagnètica (EMC) i la interferència electromagnètica relacionada (EMI) sempre han estat dos problemes principals que han provocat els enginyers al mal de cap, especialment en el disseny de la placa de circuit i els envasos de components actuals es redueixen i els OEM requereixen una situació de sistemes més elevada.

1. Crosstalk i cablejat són els punts clau

El cablejat és especialment important per assegurar el flux normal de corrent. Si el corrent prové d’un oscil·lador o d’un altre dispositiu similar, és especialment important mantenir el corrent separat del pla de terra o no deixar que el corrent s’executi paral·lel a una altra traça. Dos senyals paral·lels d’alta velocitat generaran EMC i EMI, especialment Crosstalk. El camí de resistència ha de ser el més curt i la ruta actual de retorn ha de ser el més curt possible. La longitud de la traça del camí de retorn ha de ser la mateixa que la longitud de la traça d’enviament.

Per a EMI, l’un s’anomena “cablejat infringit” i l’altre és “cablejat víctima”. L’acoblament d’inductància i capacitança afectarà la traça “víctima” a causa de la presència de camps electromagnètics, generant així corrents endavant i inversa a la “traça de la víctima”. En aquest cas, les ondulacions es generaran en un entorn estable on la longitud de transmissió i la longitud de recepció del senyal són gairebé iguals.

En un entorn de cablejat ben equilibrat i estable, els corrents induïts s’han de cancel·lar mútuament per eliminar la crisi. Tanmateix, estem en un món imperfecte i aquestes coses no passaran. Per tant, el nostre objectiu és mantenir al mínim la crisi de totes les traces. Si l'amplada entre línies paral·leles és el doble de l'amplada de les línies, es pot minimitzar l'efecte de la crosstalk. Per exemple, si l’amplada de la traça és de 5 milions, la distància mínima entre dues traces en marxa paral·leles hauria de ser de 10 metres o més.

A mesura que continuen apareixent nous materials i nous components, els dissenyadors de PCB han de continuar tractant amb problemes de compatibilitat electromagnètica i interferències.

2. Condensador de desacoblament

Els condensadors de desacoblament poden reduir els efectes adversos de la crisi. S’han d’estar situats entre el passador d’alimentació i el passador de terra del dispositiu per assegurar una baixa impedància de CA i reduir el soroll i la crisi. Per aconseguir una baixa impedància en un ampli rang de freqüència, s’han d’utilitzar múltiples condensadors de desacoblament.

Un principi important per situar els condensadors de desacoblament és que el condensador amb el valor de capacitança més petit ha d’estar el més a prop possible del dispositiu per reduir l’efecte d’inductància sobre la traça. Aquest condensador particular és el més a prop possible del passador de potència o traça de potència del dispositiu i connecteu el coixinet del condensador directament al pla via o a terra. Si la traça és llarga, utilitzeu múltiples vies per minimitzar la impedància del sòl.

3. Poseu el PCB a terra

Una manera important de reduir l’EMI és dissenyar el pla terrestre del PCB. El primer pas és fer que la superfície de posada a terra sigui el més gran possible dins de l’àrea total de la placa de circuit de PCB, cosa que pot reduir l’emissió, la crisi i el soroll. S’ha de tenir especial atenció en connectar cada component al punt de terra o al pla de terra. Si no es fa això, l'efecte neutralitzador d'un pla de terra fiable no s'utilitzarà del tot.

Un disseny de PCB especialment complex té diverses tensions estables. L’ideal seria que cada tensió de referència tingui el seu propi pla de terra corresponent. Tanmateix, si la capa de terra és massa, augmentarà el cost de fabricació del PCB i farà que el preu sigui massa elevat. El compromís és utilitzar avions terrestres en tres a cinc posicions diferents i cada pla de terra pot contenir diverses parts de terra. Això no només controla el cost de fabricació de la placa de circuit, sinó que també redueix EMI i EMC.

Si voleu minimitzar l’EMC, un sistema de posada a terra de baixa impedància és molt important. En un PCB de diverses capes, el millor és tenir un pla de terra fiable, més que un lladres de coure o un pla terrestre dispers, perquè té una impedància baixa, pot proporcionar una ruta actual, és la millor font de senyal inversa.

El temps que torna el senyal a terra també és molt important. El temps entre el senyal i la font del senyal ha de ser igual, en cas contrari produirà un fenomen similar a l’antena, fent que l’energia radiada sigui part de l’EMI. De la mateixa manera, les traces que transmeten corrent a/des de la font del senyal han de ser el més curtes possibles. Si la longitud de la ruta de la font i la ruta de retorn no són iguals, es produirà un rebot a terra, que també generarà EMI.

4 Eviteu un angle de 90 °

Per tal de reduir l’EMI, eviteu el cablejat, les vies i altres components formant un angle de 90 °, perquè els angles rectes generaran radiacions. En aquest racó, la capacitança augmentarà i la impedància característica també canviarà, donant lloc a reflexions i després a EMI. Per evitar els angles de 90 °, les traces s’han d’encaminar a les cantonades almenys a dos angles de 45 °.

5. Utilitzeu vias amb precaució

En gairebé tots els dissenys de PCB, les vies s’han d’utilitzar per proporcionar connexions conductives entre diferents capes. Els enginyers de disseny de PCB han de ser especialment curosos perquè les vies generaran inductància i capacitança. En alguns casos, també produiran reflexions, perquè la impedància característica canviarà quan es faci una via a la traça.

Recordeu també que les vies augmentaran la longitud de la traça i caldrà coincidir. Si es tracta d’una traça diferencial, s’hauria d’evitar les vies el màxim possible. Si no es pot evitar, utilitzeu vies en ambdues traces per compensar els retards en el senyal i la ruta de retorn.

6. Cable i blindatge físic

Els cables que porten circuits digitals i corrents analògics generaran capacitança i inductància paràsits, provocant molts problemes relacionats amb l’EMC. Si s’utilitza un cable de parells retorçats, el nivell d’acoblament es mantindrà baix i s’eliminarà el camp magnètic generat. Per als senyals d’alta freqüència, s’ha d’utilitzar un cable blindat i s’ha de posar en marxa la part frontal i posterior del cable per eliminar la interferència EMI.

El blindatge físic és embolicar tot el sistema o part del sistema amb un paquet metàl·lic per evitar que EMI entri al circuit PCB. Aquest tipus de blindatge és com un contenidor conductor de terra tancat, que redueix la mida del bucle de l’antena i absorbeix EMI.