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Projeto de PCB para EMC

3 de março de 2023 0 Comentários Leitura: 7 min

O design da placa de circuito impresso de qualquer equipamento tem um grande impacto em seu desempenho de EMC e na quantidade de interferência eletromagnética criada.

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O projeto EMC/EMI inclui:

Técnicas de projeto EMC | Projeto de filtro EMC | Projeto EMC PCB | Como resolver EMI / ruído de modo normal e comum

Nosso tutorial EMC/EMI Inclui:

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Uma das principais áreas do projeto de um circuito com bom desempenho EMC é o projeto do PCB.

O projeto de PCB para EMC pode permitir que uma placa de circuito tenha um bom desempenho em termos de desempenho de EMC e, para ajudar, existem algumas diretrizes básicas que podem ser seguidas para fornecer um bom desempenho de EMC.

Embora seja possível utilizar várias camadas para reduzir o tamanho do PCB, ao projetar um PCB para um bom desempenho de EMC, nem sempre esse é o caminho ideal a seguir.

O projeto de PCB para desempenho EMC pode exigir que o acoplamento seja reduzido. Isso pode exigir que os sinais sejam mantidos separados ou que a distância entre alguns componentes seja aumentada. Embora pequenas PCBs com bom desempenho de EMC possam ser projetadas, deve-se tomar cuidado desde o início.

Sumário

Projeto de PCB para EMC: alguns fundamentos

Ao observar o desempenho ideal de EMC, uma placa de quatro camadas costuma ser considerada um bom equilíbrio entre o layout da placa e o desempenho de EMC. Dito isso, muitas placas com mais camadas podem alcançar um bom desempenho de EMC, mas requerem um projeto muito cuidadoso para alcançar o bom desempenho de EMC.

Planos de aterramento melhoram o desempenho de EMC

Uma técnica particularmente útil é usar uma camada dentro da placa como um plano de base.

Os caminhos de retorno do sinal são um dos problemas mais difíceis de resolver em placas de circuito impresso. Pode ser difícil rotear um retorno de terra satisfatoriamente de cada circuito integrado através de outras camadas de sinal, etc.

A única solução satisfatória é usar um plano de aterramento que forneça um aterramento comum de baixa indutância e baixa resistência, o que pode fornecer um método de fornecer um comprimento de condutor curto ao aterramento. Ao ter uma das camadas no PCB reservada para um plano de aterramento, é fácil fornecer um bom caminho para o aterramento de qualquer sinal.

Para algumas áreas sensíveis, pode ser necessário isolar o aterramento para evitar que correntes de aterramento fluam através dessa seção do circuito. Por exemplo, uma seção sensível do circuito pode precisar ter seu aterramento isolado e ter uma única conexão com o aterramento, especialmente se uma seção de alta potência próxima puder fazer com que as correntes de aterramento fluam pela seção mais sensível.

Grade para criar planos de solo

Em alguns PCBs que podem ter um número limitado de camadas, por exemplo, um onde apenas duas camadas estão disponíveis, uma técnica conhecida como grade pode ser usada para garantir um bom desempenho EMC. Essa técnica é uma aproximação aproximada de ter um plano de terra em uma placa de duas camadas, proveniente da grade do solo para reduzir a radiação EMI dos traços de sinal.

Essencialmente, a grade opera criando uma rede de conexões ortogonais entre os traços que transportam o solo. Embora o plano de aterramento não seja completamente contíguo, ele emula suficientemente o plano de aterramento usado para fornecer melhorias EMC de uma placa de quatro ou mais camadas, fornecendo um caminho de retorno de aterramento sob cada um dos traços de sinal e reduz a impedância entre os ICs principais e área de regulação de tensão.

A grade é obtida por um processo de expansão de quaisquer vestígios de solo e usando padrões de preenchimento de solo. O objetivo é criar uma rede de conexões de aterramento através do PCB. A grade é obtida expandindo as linhas de terra para preencher o máximo possível do espaço vazio do PCB. Então, todo o espaço vazio restante é preenchido com terra.

Desta forma, o máximo de espaço disponível no PCB é preenchido com a grade de aterramento, enquanto ainda permite que as conexões sejam feitas na camada.

zoneamento PCB

A criação de diferentes zonas em um PCB é outra técnica de design útil para melhorar a EMC e o ruído geral.

O zoneamento de PCB é essencialmente um processo de planejamento em que a localização geral dos componentes para diferentes áreas do circuito é definida antes que qualquer traço seja definido.

O zoneamento de PCB não apenas coloca funções semelhantes em uma placa na mesma área geral, em vez de misturá-las, mas também leva em consideração a velocidade dos sinais em uma determinada área e procura a localização ideal. Pensa-se no comprimento das linhas que podem irradiar ou captar mais ruído. Por exemplo, uma ideia comum é colocar lógica de alta velocidade, incluindo microcontroladores perto da fonte de alimentação. Desta forma, o desacoplamento das linhas é facilitado e os comprimentos das linhas ou traços que podem irradiar ou captar ruído são reduzidos.

As funções no PCB que não são tão críticas que possuem formas de onda mais lentas estão localizadas mais longe. Normalmente, as seções analógicas da placa estão localizadas ainda mais longe, pois normalmente carregam sinais de frequência mais baixa. Planejar as áreas da placa dessa maneira pode ter um grande impacto no desempenho EMC do PCB.

Ferramentas de design de PCB

As ferramentas de projeto de PCB estão se tornando cada vez mais sofisticadas. Mesmo os de baixo custo são capazes de fornecer muitas funções que até recentemente eram encontradas apenas nos pacotes de software de alto nível.

Algumas ferramentas de projeto de PCB podem ajudar no projeto para um bom desempenho de EMC. Use todas as instalações que podem ser fornecidas na extensão máxima. O uso das ferramentas permitirá obter o melhor desempenho de EMC a partir do projeto de PCB.

Outras precauções para o projeto PCB EMC

Existem alguns outros pontos comuns para melhorar o desempenho do PCB EMC.

Osciladores: Deve-se tomar cuidado ao localizar e projetar o layout dos osciladores. Qualquer loop do tanque do oscilador deve estar localizado longe de circuitos analógicos, sinais de baixa velocidade e conectores. Isso se aplica tanto ao tabuleiro quanto ao espaço dentro da caixa que contém o tabuleiro.
Conjuntos de cabos do sistema: Outro ponto-chave é projetar o sistema geral de forma que os conjuntos de cabos não passem perto de um oscilador ou de uma área que inclua lógica de alta velocidade, incluindo um microcomputador após a montagem final. Os conjuntos de cabos podem captar e transmitir ruído ao redor da unidade como um todo e, dessa forma, degradar o desempenho de EMC.
Mantenha linhas de alta velocidade/barulhentas longe da borda do PCB: Outra boa dica é passar linhas barulhentas ou de alta velocidade longe da borda externa da placa. Manter traços não ruidosos longe de áreas na placa onde eles possam captar ruído, como conectores, circuitos osciladores, relés e drivers de relé também ajuda a reduzir o problema.
Filtragem: Em alguns casos, a filtragem pode ser necessária em determinadas linhas. Os grânulos de ferrite geralmente fornecem um método fácil de limitar os sinais de alta frequência, e é necessário um bom desacoplamento na placa, especialmente para as linhas de alimentação.
Conectores filtrados: Em alguns PCBs pode ser necessário usar conectores filtrados para remover o ruído. Quando isso é feito, o aterramento do conector é importante. Deve ser possível aterrar firmemente ao PCB e ao chassi.

Muitos dos problemas de EMC podem ser eliminados por um bom projeto de PCB. Na verdade, o projeto de PCB para desempenho EMC é sempre uma boa prática e pode evitar muitas investigações demoradas e retrabalho dispendioso. Se o retrabalho for necessário no final do ciclo do projeto, é consideravelmente mais caro do que se for incorporado ao projeto desde o início. O projeto de PCB para EMC é, portanto, uma das chaves para um projeto bem-sucedido.

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