En el diseño de PCB, la compatibilidad electromagnética (EMC) y la interferencia electromagnética (EMI) relacionada siempre han sido dos problemas importantes que han causado dolores de cabeza a los ingenieros, especialmente en el diseño actual de placas de circuito y el empaque de componentes se está reduciendo y los OEM requieren sistemas de mayor velocidad.

1. La diafonía y el cableado son los puntos clave

El cableado es particularmente importante para garantizar el flujo normal 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 dejar que la corriente corra paralela a otra traza. Dos señales paralelas de alta velocidad generarán EMC y EMI, especialmente diafonía. El camino de resistencia debe ser el más corto y el camino de la corriente de retorno debe ser lo más corto posible. La longitud del seguimiento de la ruta de retorno debe ser la misma que la longitud del seguimiento de envío.

Para EMI, uno se denomina "cableado infringido" y el otro "cableado víctima". El acoplamiento de inductancia y capacitancia afectará la traza de la "víctima" debido a la presencia de campos electromagnéticos, generando así corrientes directas e inversas en la "traza de la víctima". En este caso, las ondas se generarán en un entorno estable donde la longitud de transmisión y la longitud de recepción de la señal son casi iguales.

En un entorno de cableado 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 al mínimo la diafonía de todos los rastros. Si el ancho entre líneas paralelas es el doble del ancho de las líneas, se puede minimizar el efecto de diafonía. 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 siguen apareciendo nuevos materiales y nuevos componentes, los diseñadores de PCB deben seguir lidiando con problemas de interferencia y compatibilidad electromagnética.

2. Condensador de desacoplamiento

Los condensadores de desacoplamiento pueden reducir los efectos adversos de la diafonía. Deben ubicarse entre el pin de fuente de alimentación y el pin de 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 utilizar múltiples condensadores de desacoplamiento.

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 el efecto de la inductancia en la traza. Este condensador en particular está lo más cerca posible del pin de alimentación o de la traza de alimentación del dispositivo y conecta la almohadilla del condensador directamente a la vía o al plano de tierra. Si la traza es larga, utilice múltiples vías para minimizar la impedancia de tierra.

3. Conecte a tierra la PCB

Una forma importante de reducir la EMI es diseñar el plano de 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 de circuito PCB, lo que puede reducir las emisiones, las diafonías y el ruido. Se debe tener especial cuidado al conectar cada componente al punto o plano de tierra. Si no se hace esto, no se aprovechará plenamente el efecto neutralizador de un plano de tierra confiable.

Un diseño de PCB particularmente complejo tiene varios voltajes estables. Idealmente, cada voltaje de referencia tiene su propio plano de tierra correspondiente. Sin embargo, si la capa de base es demasiada, aumentará el costo de fabricación de la PCB y hará que el precio sea demasiado alto. El compromiso es utilizar planos de tierra en tres a cinco posiciones diferentes, y cada plano de tierra puede contener múltiples partes de tierra. Esto no sólo controla el coste de fabricación de la placa de circuito, sino que también reduce la EMI y la EMC.

Si desea minimizar la EMC, es muy importante un sistema de conexión a tierra de baja impedancia. En una PCB multicapa, es mejor tener un plano de tierra confiable, en lugar de un plano de tierra disperso o robado de cobre, porque tiene baja impedancia, puede proporcionar una ruta de corriente y es la mejor fuente de señal inversa.

El tiempo que la señal regresa al suelo también es muy importante. El tiempo entre la señal y la fuente de la señal debe ser igual; de lo contrario, se producirá un fenómeno similar a una antena, haciendo que la energía radiada forme parte de la EMI. De manera similar, las trazas que transmiten corriente hacia/desde la fuente de señal deben ser lo más cortas posible. Si la longitud de la ruta de origen y la ruta de retorno no son iguales, se producirá un rebote del suelo, lo que también generará EMI.

4. Evite el ángulo de 90°

Para reducir la EMI, evite cableado, vías y otros componentes que formen un ángulo de 90°, porque los ángulos rectos generarán radiación. En esta esquina, la capacitancia aumentará y la impedancia característica también cambiará, lo que provocará reflexiones y luego EMI. Para evitar ángulos de 90°, los trazos deben tenderse hasta las esquinas al menos en dos ángulos de 45°.

5. Utilice las vías con precaución

En casi todos los diseños de PCB, se deben utilizar vías para proporcionar conexiones conductoras entre diferentes capas. Los ingenieros de diseño de PCB deben tener especial cuidado porque las vías generarán inductancia y capacitancia. En algunos casos, también producirán reflexiones, porque la impedancia característica cambiará cuando se realice una vía en la traza.

Recuerde también que las vías aumentarán la longitud del trazado y deberán coincidir. Si se trata de una traza diferencial, se deben evitar las vías tanto como sea posible. Si no se puede evitar, utilice vías en ambas trazas para compensar los retrasos en la señal y la ruta de retorno.

6. Cable y blindaje físico

Los cables que transportan circuitos digitales y corrientes analógicas generarán capacitancia e inductancia parásitas, lo que provocará muchos problemas relacionados con EMC. Si se utiliza un cable de par trenzado, el nivel de acoplamiento se mantendrá bajo y se eliminará el campo magnético generado. Para señales de alta frecuencia, se debe utilizar un cable blindado y la parte delantera y trasera del cable deben estar conectadas a tierra para eliminar la interferencia EMI.

El blindaje físico consiste en envolver la totalidad o parte del sistema con un paquete de metal para evitar que EMI ingrese al circuito de PCB. Este tipo de blindaje es como un contenedor conductor cerrado conectado a tierra, que reduce el tamaño del bucle de la antena y absorbe EMI.