No projeto de PCB, a compatibilidade eletromagnética (EMC) e a interferência eletromagnética relacionada (EMI) sempre foram dois grandes problemas que causaram dor de cabeça aos engenheiros, especialmente no design de placas de circuito de hoje e o empacotamento de componentes está diminuindo, e os OEMs exigem sistemas de alta velocidade Situação.

1. Crosstalk e fiação são os pontos-chave

A fiação é particularmente importante para garantir o fluxo normal de corrente. Se a corrente vier de um oscilador ou outro dispositivo semelhante, é especialmente importante manter a corrente separada do plano de terra ou não deixar a corrente correr paralelamente a outro traço. Dois sinais paralelos de alta velocidade gerarão EMC e EMI, especialmente diafonia. O caminho da resistência deve ser o mais curto e o caminho da corrente de retorno deve ser o mais curto possível. O comprimento do rastreamento do caminho de retorno deve ser igual ao comprimento do rastreamento de envio.

Para a EMI, uma é chamada de “fiação violada” e a outra é “fiação vitimizada”. O acoplamento de indutância e capacitância afetará o traço da “vítima” devido à presença de campos eletromagnéticos, gerando assim correntes diretas e reversas no “traço da vítima”. Neste caso, as ondulações serão geradas em um ambiente estável onde o comprimento de transmissão e o comprimento de recepção do sinal são quase iguais.

Em um ambiente de fiação bem balanceado e estável, as correntes induzidas devem se cancelar para eliminar diafonia. No entanto, estamos num mundo imperfeito e tais coisas não acontecerão. Portanto, nosso objetivo é manter ao mínimo o crosstalk de todos os traços. Se a largura entre as linhas paralelas for o dobro da largura das linhas, o efeito da diafonia pode ser minimizado. Por exemplo, se a largura do traço for 5 mils, a distância mínima entre dois traços paralelos deverá ser de 10 mils ou mais.

À medida que novos materiais e novos componentes continuam a aparecer, os projetistas de PCB devem continuar a lidar com problemas de compatibilidade e interferência eletromagnética.

2. Capacitor de desacoplamento

O desacoplamento dos capacitores pode reduzir os efeitos adversos do crosstalk. Eles devem estar localizados entre o pino da fonte de alimentação e o pino de aterramento do dispositivo para garantir baixa impedância CA e reduzir 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 deve estar o mais próximo possível do dispositivo para reduzir o efeito da indutância no traço. Este capacitor específico está o mais próximo possível do pino de alimentação ou traço de alimentação do dispositivo e conecta a almofada do capacitor diretamente à via ou plano de aterramento. Se o traço for longo, use múltiplas vias para minimizar a impedância de terra.

3. Aterre a PCB

Uma forma importante de reduzir a EMI é projetar o plano de aterramento da PCB. O primeiro passo é tornar a área de aterramento a maior possível dentro da área total da placa de circuito PCB, o que pode reduzir emissões, diafonias e ruídos. Cuidado especial deve ser tomado ao conectar cada componente ao ponto de aterramento ou plano de aterramento. Se isto não for feito, o efeito neutralizante de um plano de aterramento confiável não será totalmente utilizado.

Um projeto de PCB particularmente complexo possui várias tensões estáveis. Idealmente, cada tensão de referência possui seu próprio plano de terra correspondente. Porém, se a camada de solo for muito grande, aumentará o custo de fabricação do PCB e tornará o preço muito alto. O compromisso é usar planos terrestres em três a cinco posições diferentes, e cada plano terrestre pode conter múltiplas partes terrestres. Isto não apenas controla o custo de fabricação da placa de circuito, mas também reduz EMI e EMC.

Se você quiser minimizar a EMC, um sistema de aterramento de baixa impedância é muito importante. Em uma PCB multicamadas, é melhor ter um plano de aterramento confiável, em vez de um plano de aterramento de cobre ou espalhado, porque tem baixa impedância, pode fornecer um caminho de corrente e é a melhor fonte de sinal reverso.

O período de tempo que o sinal retorna ao solo também é muito importante. O tempo entre o sinal e a fonte do sinal deve ser igual, caso contrário produzirá um fenômeno semelhante a uma antena, tornando a energia irradiada parte da EMI. Da mesma forma, os traços que transmitem corrente de/para a fonte de sinal devem ser tão curtos quanto possível. Se o comprimento do caminho de origem e do caminho de retorno não forem iguais, ocorrerá um salto no solo, o que também gerará EMI.

4. Evite ângulo de 90°

Para reduzir a EMI, evite que a fiação, as vias e outros componentes formem um ângulo de 90°, pois ângulos retos gerarão radiação. Neste canto, a capacitância aumentará e a impedância característica também mudará, levando a reflexões e depois a EMI. Para evitar ângulos de 90°, os traços devem ser traçados até os cantos em pelo menos dois ângulos de 45°.

5. Use vias com cuidado

Em quase todos os layouts de PCB, as vias devem ser usadas para fornecer conexões condutoras entre diferentes camadas. Os engenheiros de layout de PCB precisam ter um cuidado especial porque as vias geram indutância e capacitância. Em alguns casos, também produzirão reflexões, pois a impedância característica mudará quando uma via for feita no traçado.

Lembre-se também de que as vias aumentarão o comprimento do traço e precisarão ser combinadas. Se for um traço diferencial, as vias devem ser evitadas tanto quanto possível. Se não puder ser evitado, use vias em ambos os traços para compensar atrasos no sinal e no caminho de retorno.

6. Cabo e blindagem física

Cabos que transportam circuitos digitais e correntes analógicas gerarão capacitância e indutância parasitas, causando muitos problemas relacionados à EMC. Se for utilizado um cabo de par trançado, o nível de acoplamento será mantido baixo e o campo magnético gerado será eliminado. Para sinais de alta frequência, deve ser usado um cabo blindado e a parte frontal e traseira do cabo devem ser aterradas para eliminar interferência EMI.

A blindagem física consiste em envolver todo ou parte do sistema com uma embalagem de metal para evitar que EMI entre no circuito PCB. Este tipo de blindagem é como um recipiente condutor fechado e aterrado, que reduz o tamanho do loop da antena e absorve EMI.