No deseño de PCB, a compatibilidade electromagnética (EMC) e as interferencias electromagnéticas relacionadas (EMI) sempre foron dous grandes problemas que causaron dor de cabeza aos enxeñeiros, especialmente no deseño de placas de circuíto e embalaxe de compoñentes actuales, e os fabricantes de equipos originales requiren sistemas de maior velocidade.

1. A diafonía e a fiación son os puntos clave

O cableado é especialmente importante para garantir o fluxo normal de corrente. Se a corrente procede dun oscilador ou doutro dispositivo similar, é especialmente importante manter a corrente separada do plano de terra ou non deixar que a corrente corra paralela a outra traza. Dous sinais paralelos de alta velocidade xerarán EMC e EMI, especialmente diafonía. O camiño da resistencia debe ser o máis curto e o camiño da corrente de retorno debe ser o máis curto posible. A lonxitude da traza do camiño de retorno debe ser a mesma que a lonxitude do trazo de envío.

Para EMI, un chámase "cableado infrinxido" e o outro é "cableado victimizado". O acoplamento de inductancia e capacitancia afectará o trazo da "vítima" debido á presenza de campos electromagnéticos, xerando así correntes directas e inversas no "rastro da vítima". Neste caso, as ondas xeraranse nun ambiente estable onde a lonxitude de transmisión e a lonxitude de recepción do sinal sexan case iguais.

Nun ambiente de cableado estable e ben equilibrado, as correntes inducidas deberían cancelarse entre si para eliminar a diafonía. Non obstante, estamos nun mundo imperfecto e tales cousas non sucederán. Polo tanto, o noso obxectivo é manter a diafonía de todos os rastros ao mínimo. Se o ancho entre liñas paralelas é o dobre do ancho das liñas, o efecto da diafonía pódese minimizar. Por exemplo, se o ancho da traza é de 5 mils, a distancia mínima entre dous trazos paralelos debe ser de 10 mil ou máis.

A medida que seguen aparecendo novos materiais e novos compoñentes, os deseñadores de PCB deben seguir xestionando problemas de compatibilidade electromagnética e interferencias.

2. Condensador de desacoplamento

Os capacitores de desacoplamento poden reducir os efectos adversos da diafonía. Deben situarse entre o pin da fonte de alimentación e o pin de terra do dispositivo para garantir unha baixa impedancia de CA e reducir o ruído e a diafonía. Para conseguir unha baixa impedancia nun amplo rango de frecuencias, débense empregar varios capacitores de desacoplamento.

Un principio importante para colocar capacitores de desacoplamento é que o capacitor co menor valor de capacitancia debe estar o máis preto posible do dispositivo para reducir o efecto de inductancia na traza. Este capacitor en particular está o máis preto posible do pin de alimentación ou da traza de enerxía do dispositivo e conecta a almofada do capacitor directamente ao plano de vía ou de terra. Se o trazo é longo, use varias vías para minimizar a impedancia do chan.

3. Conecte a terra a PCB

Unha forma importante de reducir a EMI é deseñar o plano de terra do PCB. O primeiro paso é facer que a área de conexión a terra sexa o máis grande posible dentro da área total da placa de circuíto PCB, o que pode reducir a emisión, a diafonía e o ruído. Débese ter especial coidado ao conectar cada compoñente ao punto de terra ou plano de terra. Se isto non se fai, o efecto neutralizador dun plano de terra fiable non se aproveitará completamente.

Un deseño de PCB particularmente complexo ten varias tensións estables. Idealmente, cada voltaxe de referencia ten o seu propio plano de terra correspondente. Non obstante, se a capa de terra é demasiado, aumentará o custo de fabricación do PCB e fará que o prezo sexa demasiado alto. O compromiso é usar planos de terra en tres ou cinco posicións diferentes, e cada plano de terra pode conter varias partes terrestres. Isto non só controla o custo de fabricación da placa de circuíto, senón que tamén reduce EMI e EMC.

Se quere minimizar a EMC, é moi importante un sistema de posta a terra de baixa impedancia. Nunha PCB multicapa, o mellor é ter un plano de terra fiable, en lugar de un ladrón de cobre ou un plano de terra disperso, porque ten unha impedancia baixa, pode proporcionar un camiño de corrente, é a mellor fonte de sinal inverso.

O período de tempo que o sinal volve ao chan tamén é moi importante. O tempo entre o sinal e a fonte do sinal debe ser igual, se non, producirase un fenómeno similar a unha antena, facendo que a enerxía irradiada sexa parte da EMI. Do mesmo xeito, os trazos que transmiten corrente a/desde a fonte de sinal deben ser o máis curtos posible. Se a lonxitude do camiño de orixe e do camiño de retorno non son iguais, producirase un rebote no chan, o que tamén xerará EMI.

4. Evita un ángulo de 90°

Para reducir a EMI, evite cables, vías e outros compoñentes que formen un ángulo de 90 °, porque os ángulos rectos xerarán radiación. Nesta esquina, a capacitancia aumentará e a impedancia característica tamén cambiará, dando lugar a reflexións e despois a EMI. Para evitar ángulos de 90°, os trazos deben dirixirse ás esquinas polo menos en dous ángulos de 45°.

5. Use vias con precaución

En case todos os esquemas de PCB, os vias deben usarse para proporcionar conexións condutoras entre diferentes capas. Os enxeñeiros de deseño de PCB deben ter especial coidado porque as vías xerarán inductancia e capacitancia. Nalgúns casos, tamén producirán reflexos, porque a impedancia característica cambiará cando se faga unha vía no trazo.

Lembra tamén que as vías aumentarán a lonxitude da traza e hai que combinalas. Se é unha traza diferencial, as vías deben evitarse na medida do posible. Se non se pode evitar, use vias en ambas as trazas para compensar os atrasos no sinal e no camiño de retorno.

6. Cable e apantallamento físico

Os cables que transportan circuítos dixitais e correntes analóxicas xerarán capacitancia e inductancia parasitarias, causando moitos problemas relacionados coa EMC. Se se utiliza un cable de par trenzado, o nivel de acoplamento manterase baixo e eliminarase o campo magnético xerado. Para os sinais de alta frecuencia, debe utilizarse un cable apantallado e a parte frontal e posterior do cable deben estar conectadas a terra para eliminar as interferencias EMI.

A blindaxe física consiste en envolver todo ou parte do sistema cun paquete metálico para evitar que as EMI entren no circuíto da PCB. Este tipo de blindaxe é como un recipiente condutor pechado e conectado a terra, que reduce o tamaño do bucle da antena e absorbe EMI.