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Diseño de PCB para EMC

Diseño de PCB para EMC


Una de las áreas clave del diseño de un circuito con buen rendimiento EMC es el diseño de PCB.

El diseño de PCB para EMC puede permitir que una placa de circuito funcione bien en términos de su rendimiento de EMC y, para ayudar, existen algunas pautas básicas que se pueden seguir para proporcionar un buen rendimiento de EMC.

Aunque es posible utilizar varias capas para reducir el tamaño de la PCB, al diseñar una PCB para un buen rendimiento EMC, esta no siempre es la ruta óptima a seguir.

El diseño de la PCB para el rendimiento de EMC puede requerir que se reduzca el acoplamiento. Esto puede requerir que las señales se mantengan separadas o que se aumente la distancia entre algunos componentes. Aunque se pueden diseñar placas de circuito impreso pequeñas con buen rendimiento EMC, se debe tener cuidado desde el principio.

Diseño de PCB para EMC: algunos conceptos básicos

Cuando se busca un rendimiento EMC óptimo, una placa de cuatro capas a menudo se considera un buen equilibrio entre el diseño de la placa y el rendimiento EMC. Dicho esto, muchas placas con más capas pueden lograr un buen rendimiento de EMC, pero requieren un diseño muy cuidadoso para lograr un buen rendimiento de EMC.

Los planos de tierra mejoran el rendimiento de EMC

Una técnica que es particularmente útil es usar una capa dentro del tablero como plano de tierra.

Las rutas de retorno de la señal son uno de los problemas más difíciles de resolver en las placas de circuito impreso. Puede ser difícil enrutar un retorno a tierra de manera satisfactoria desde cada circuito integrado a través de otras capas de señal, etc.

La única solución satisfactoria es utilizar un plano de tierra que proporcione una tierra común de baja inductancia y baja resistencia que pueda proporcionar un método para proporcionar una longitud de cable corta a tierra. Al tener una de las capas de la PCB reservada para un plano de tierra, es fácil proporcionar un buen camino a tierra para cualquier señal.

Para algunas áreas sensibles, puede ser necesario aislar la tierra para evitar que las corrientes de tierra fluyan a través de esa sección del circuito. Por ejemplo, una sección sensible del circuito puede necesitar tener su tierra aislada y tener una sola conexión a tierra, especialmente si una sección de mayor potencia cercana puede hacer que las corrientes de tierra fluyan a través de la sección más sensible.

Gridding para crear planos de tierra

En algunas placas de circuito impreso que pueden tener un número limitado de capas, por ejemplo, una en la que solo están disponibles dos capas, se puede utilizar una técnica denominada cuadrícula para garantizar un buen rendimiento de EMC. Esta técnica es una aproximación cercana a tener un plano de tierra en una placa de dos capas que proviene de la cuadrícula del suelo para reducir la radiación EMI de los rastros de señal.

Básicamente, la cuadrícula funciona creando una red de conexiones ortogonales entre trazas que llevan tierra. Aunque el plano de tierra no es completamente contiguo, emula suficientemente el plano de tierra que se utiliza para proporcionar mejoras de EMC de una placa de cuatro o más capas al proporcionar una ruta de retorno de tierra debajo de cada una de las trazas de señal y reduce la impedancia entre los circuitos integrados principales y el área de regulación de voltaje.

La cuadrícula se logra mediante un proceso de expansión de cualquier rastro de suelo y el uso de patrones de relleno de suelo. El objetivo es crear una red de conexiones a tierra a través de la PCB. La cuadrícula se logra expandiendo las líneas de tierra para llenar la mayor cantidad posible del espacio vacío de la PCB. Luego, todo el espacio vacío restante se llena de tierra.

De esta manera, la mayor parte del espacio disponible de la placa de circuito impreso se llena con la rejilla de tierra al mismo tiempo que se permiten las conexiones en la capa.

Zonificación de PCB

La creación de diferentes zonas en una placa de circuito impreso es otra técnica de diseño útil para mejorar la EMC y el ruido general.

La zonificación de PCB es esencialmente un proceso de planificación en el que la ubicación general de los componentes para las diferentes áreas del circuito se define antes de que se establezcan los rastros.

La división en zonas de PCB no solo coloca como funciones en una placa en la misma área general, en lugar de mezclarlas, sino que también tiene en cuenta la velocidad de las señales en un área determinada y busca la ubicación óptima. Se piensa en la longitud de las líneas que pueden irradiar o captar más ruido. Por ejemplo, una idea común es colocar la lógica de alta velocidad, incluidos los microcontroladores, cerca de la fuente de alimentación. De esta forma se facilita el desacoplamiento de las líneas y se reducen las longitudes de las líneas o trazos que pueden irradiar o captar ruido.

Las funciones de la PCB que no son tan críticas y que tienen formas de onda más lentas se encuentran más lejos. Normalmente, las secciones analógicas de la placa se encuentran incluso más lejos, ya que normalmente transportan señales de frecuencia más baja. Planificar las áreas de la placa de esta manera puede tener un impacto importante en el rendimiento de EMC de la PCB.

Herramientas de diseño de PCB

Las herramientas de diseño de PCB son cada vez más sofisticadas. Incluso los de gama baja pueden proporcionar muchas funciones que hasta hace poco solo se encontraban en los paquetes de software de gama muy alta.

Algunas herramientas de diseño de PCB pueden ayudar a diseñar para un buen rendimiento de EMC. Utilice todas las instalaciones que se le puedan proporcionar al máximo. El uso de las herramientas permitirá obtener el mejor rendimiento EMC del diseño de PCB.

Otras precauciones para el diseño de PCB EMC

Hay algunos otros puntos comunes para mejorar el rendimiento de EMC de PCB.

  • Osciladores: Se debe tener cuidado al ubicar y diseñar el diseño de los osciladores. Cualquier bucle del tanque de oscilador debe ubicarse lejos de circuitos analógicos, señales de baja velocidad y conectores. Esto se aplica tanto al tablero como al espacio dentro de la caja que contiene el tablero.
  • Conjuntos de cables del sistema: Otro punto clave es diseñar el sistema general para que los ensambles de cables no pasen cerca de un oscilador o un área que incluya lógica de alta velocidad, incluida una microcomputadora después del ensamblaje final. Los conjuntos de cables pueden captar y transportar ruido alrededor de la unidad en general y, de esta manera, degradar el rendimiento de EMC.
  • Mantenga las líneas de alta velocidad / ruidosas alejadas del borde de la PCB: Otro buen consejo es ejecutar líneas ruidosas o de alta velocidad lejos del borde exterior de la tabla. Mantener los rastros no ruidosos lejos de las áreas de la placa donde podrían captar ruido, como conectores, circuitos de oscilador, relés y controladores de relé también ayuda a reducir el problema.
  • Filtración: En algunos casos, es posible que se requiera el filtrado en determinadas líneas. Las perlas de ferrita a menudo pueden proporcionar un método fácil de limitar las señales de alta frecuencia, y es necesario un buen desacoplamiento en la placa, especialmente para las líneas de suministro.
  • Conectores filtrados: En algunas placas de circuito impreso, puede ser necesario utilizar conectores con filtro para eliminar el ruido. Una vez hecho esto, la conexión a tierra del conector es importante. Debería ser posible conectarlo a tierra firmemente al PCB y al chasis.

Muchos de los problemas de EMC pueden eliminarse mediante un buen diseño de PCB. De hecho, el diseño de PCB para el rendimiento de EMC es siempre una buena práctica y puede evitar muchas investigaciones que consumen mucho tiempo y costosas modificaciones. Si se requiere retrabajo al final del ciclo de diseño, es considerablemente más costoso que si se integra en el diseño desde el principio. El diseño de PCB para EMC es, por tanto, una de las claves para un diseño exitoso.

Ver el vídeo: Cómo diseñar placas. tarjetas. circuitos PCB con Fritzing (Octubre 2020).