En el diseño de PCB, la compatibilidad electromagnética (EMC) y la interferencia electromagnética relacionada (EMI) siempre han sido dos problemas principales que han causado que los ingenieros se dan cuenta de cabeza, especialmente en el diseño de la placa de circuito actual y el empaque de componentes se reducen, y los OEM requieren una situación de sistemas de mayor velocidad.

1. Crosstalk y el cableado son los puntos clave

El cableado es particularmente importante para garantizar el flujo normal de la 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 funcione paralela a otra traza. Dos señales paralelas de alta velocidad generarán EMC y EMI, especialmente la diafonía. La ruta de resistencia debe ser la más corta, 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 del trazo de envío.

Para EMI, uno se llama "cableado infringido" y el otro es "cableado víctima". El acoplamiento de inductancia y capacitancia afectará la traza de "víctima" debido a la presencia de campos electromagnéticos, generando así las corrientes hacia adelante e inversa en la "traza de la víctima". En este caso, se generarán ondas 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 bien equilibrado y estable, 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 de todos los rastros al mínimo. Si el ancho entre líneas paralelas es el doble del ancho de las líneas, se puede minimizar el efecto de la diafonía. Por ejemplo, si el ancho de rastreo es de 5 mils, la distancia mínima entre dos trazas de carrera paralela debe ser de 10 mils o más.

A medida que aparecen nuevos materiales y nuevos componentes, los diseñadores de PCB deben continuar lidiando con problemas de compatibilidad e interferencia electromagnética.

2. Condensador de desacoplamiento

Los condensadores de desacoplamiento pueden reducir los efectos adversos de la diafonía. Deben ubicarse entre el pasador de la fuente de alimentación y el pasador 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 usar 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 inductancia en la traza. Este condensador particular está lo más cerca posible del pasador de alimentación o el rastro de alimentación del dispositivo, y conecte la almohadilla del condensador directamente al plano VIA o tierra. Si la traza es larga, use múltiples vías para minimizar la impedancia de tierra.

3. Cierre el PCB

Una forma importante de reducir EMI es diseñar el plano de tierra 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 la emisión, la diafonía y el ruido. Se debe tener especial cuidado al conectar cada componente al punto de tierra o al plano de tierra. Si esto no se hace, el efecto neutralizante de un plano de tierra confiable no se utilizará completamente.

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 tierra es demasiado, aumentará el costo de fabricación de la PCB y hará que el precio sea demasiado alto. El compromiso es usar planos de tierra en tres a cinco posiciones diferentes, y cada plano de tierra puede contener múltiples partes del suelo. Esto no solo controla el costo de fabricación de la placa de circuito, sino que también reduce EMI y EMC.

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

El período de tiempo que la señal vuelve al suelo también es muy importante. El tiempo entre la señal y la fuente de señal debe ser igual, de lo contrario producirá un fenómeno similar a una antena, lo que hace que la energía radiada sea parte de EMI. Del mismo modo, las trazas que transmiten corriente a/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 de tierra, que también generará EMI.

4. Evite el ángulo de 90 °

Para reducir el EMI, evite el cableado, los vías y otros componentes que forman un ángulo de 90 °, porque los ángulos rectos generarán radiación. En esta esquina, la capacitancia aumentará, y la impedancia característica también cambiará, lo que lleva a reflexiones y luego a EMI. Para evitar ángulos de 90 °, las trazas deben enrutarse a las esquinas al menos a dos ángulos de 45 °.

5. Use vias con precaución

En casi todos los diseños de PCB, se deben usar VIA para proporcionar conexiones conductivas entre diferentes capas. Los ingenieros de diseño de PCB deben tener especialmente cuidado porque VIA generará inductancia y capacitancia. En algunos casos, también producirán reflexiones, porque la impedancia característica cambiará cuando se realice una VIA en la traza.

También recuerde que VIA aumentará la longitud de la traza y debe coincidir. Si se trata de un rastro diferencial, los VIA se debe evitar tanto como sea posible. Si no se puede evitar, use VIA en ambas trazas para compensar los retrasos en la ruta de señal y retorno.

6. Cable y blindaje físico

Los cables que transportan circuitos digitales y corrientes analógicas generarán capacitancia e inductancia parasitaria, causando muchos problemas relacionados con EMC. Si se usa un cable de par torcido, el nivel de acoplamiento se mantendrá bajo y se eliminará el campo magnético generado. Para señales de alta frecuencia, se debe usar un cable blindado, y la parte delantera y posterior del cable debe conectarse a tierra para eliminar la interferencia de EMI.

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