PCB EMC:uma maneira prática de combater a interferência eletromagnética

Você já encontrou uma interferência de TV com sinais de rádio antes? Ou você já se perguntou por que desliga os aparelhos eletrônicos ao embarcar em um avião? Bem, a razão é simples; interferência eletromagnética (EMI). EMI é um fenômeno bastante comum com dispositivos eletrônicos. Mas a questão aqui é:como você controla a EMI? É aí que entra a EMC PCB. Embora não seja possível eliminar a EMI, você pode reduzir seu efeito e evitar interferências com esse design de PCB.

Continue lendo para saber mais sobre PCBs EMC e como projetá-los.

O que é EMI/EMC em PCB?

Interferência eletromagnética

A EMI é como uma doença que afeta os circuitos eletrônicos. De fato, é um distúrbio eletrônico que corrompe a qualidade do sinal de qualquer circuito eletrônico e causa mau funcionamento. Além disso, essa perturbação eletrônica é a energia que viaja por condução ou radiação de dispositivos eletrônicos.

Curiosamente, a EMI pode afetar o dispositivo criando uma perturbação e outros dispositivos próximos. A interferência eletromagnética pode ocorrer em qualquer frequência, mas geralmente começa além de 50MHz.

Dispositivos eletrônicos

Por outro lado, a EMC (compatibilidade eletromagnética) permite que os sistemas eletrônicos funcionem sem liberar EMI pesado. Também permite que um sistema determine o desempenho ideal ao trabalhar em condições seguras.

Todos os dispositivos eletrônicos que você construir não devem se desviar dos padrões EMI/EMC. Caso contrário, a EMI afetará continuamente o desempenho. Portanto, você deve controlar a EMI ao projetar seus PCBs.

Além disso, não é fácil controlar a EMI depois de concluir seus projetos. Então, na verdade, você gastará muito dinheiro, o que pode não resolver o problema.

Portanto, projetar uma placa EMC exigirá foco no layout da PCB, na seleção de componentes e no projeto do circuito.

Diretrizes de projeto para EMI e EMC

Embora você não possa projetar um PCB com interferência eletromagnética baixa ou zero, você pode criar um que não gere EMI intolerável. Temos algumas diretrizes de projeto que ajudarão a reduzir as emissões indesejadas de EM.

1. Use dispositivos de montagem em superfície em vez de dispositivos conduzidos

Dispositivos de montagem em superfície

Quando você deseja manter o padrão EMI, o SMD será uma opção para seus componentes. Os componentes com chumbo têm propriedades de indutância mais altas e gerarão frequências acima de 100 MHz. Por esse motivo, usar vários componentes de passagem em sua placa causaria ruído excessivo.

No entanto, os dispositivos de montagem em superfície têm propriedades de indutância mais baixas e alta densidade. Portanto, os dispositivos de montagem em superfície podem ajudar a reduzir os problemas de EMC/EMI.

2. Espaço e projete seu layout de rastreamento corretamente

Traços de PCB

Seus PCBs não terão compatibilidades de transporte de corrente sem rastros. Mas, se houver curvas ou cruzamentos em seus caminhos, isso criaria uma antena. E é isso que queremos evitar.

Então, aqui estão algumas regras padrão para o design de rastreamento:

• Sempre coloque pelo menos 3W de espaço entre seus traços (W para largura). Além disso, você deve separar todos os sinais de outros caminhos. Com essa regra, você pode minimizar o acoplamento e a diafonia entre traços vizinhos.
• Não use curvas em ângulo reto para seus traços. Você pode usar ângulos de 45 graus em vez disso. Por quê? Porque curvas em ângulo reto podem aumentar a capacitância e alterar o valor da impedância, o que cria reflexões.

Traços de ângulo reto

• Tente manter seus rastros diferenciais próximos ao fazer o roteamento. Isso maximizaria o fator de acoplamento e controlaria o ruído.

• Use vias somente quando necessário. Você deve tentar evitar o uso de vias tanto quanto possível.

Vias podem causar indutância parasita por causa da diferença de impedância entre ela e os traços. Mas, se você não puder evitar o uso de vias, certifique-se de colocar suas vias terrestres próximas às vias de sinal.

Vias PCB

• Stubs não funcionarão em traços sensíveis e de alta frequência. Os stubs geram reflexões e podem adicionar uma antena de comprimento de onda ao seu circuito.

3. Use planos de solo adequados

Você deve usar apenas planos de aterramento com valores de indutância baixos. Caso contrário, isso cancelará seus esforços para combater problemas de EMC.

Felizmente, você obtém um plano de aterramento com baixa indutância aumentando a área de aterramento do seu PCB. Também ajudaria a reduzir a diafonia e a geração de EM. Vamos dar uma olhada em algumas das dicas de design que recomendamos.

Nota:Não conecte seus componentes aleatoriamente a pontos de aterramento. Não é uma boa prática.

• Não há necessidade de economizar espaço em seu plano de terra. Em vez disso, use cada centímetro dele para se beneficiar de seu pequeno valor de indutância.
• Nem sempre é possível usar planos de aterramento para PCB de duas camadas. Mas você pode usar grades de aterramento, e a distância entre elas determina seus valores de indutância.
• Na verdade, caminhos de retorno longos não são necessários para PCBs EMC. Em vez disso, um caminho de retorno curto tem melhor desempenho de EMC devido à sua menor impedância.
• Além disso, isole ambientes ruidosos com o anel de gaiola de Faraday. Você pode criar um anel de gaiola de Faraday incluindo o chão na borda da prancha. Então, a gaiola impedirá que os sinais sejam roteados para fora do limite.
• Na verdade, aberturas divididas podem atrapalhar seu circuito, então tome cuidado ao usá-las. As aberturas divididas podem criar áreas não uniformes que aumentam a impedância.
• Certifique-se de também colocar circuitos de baixa velocidade próximos ao plano de força e circuitos de alta velocidade próximos ao plano de aterramento.
• Não deixe áreas de preenchimento de cobre flutuantes. Mantenha-os sempre aterrados ou você criará uma antena.

4. Como organizar suas camadas de PCB

Os arranjos de camada do seu PCB também determinam seu desempenho EMC. Se você estiver projetando duas ou mais placas em camadas, você deve dedicar uma camada inteira ao plano do solo. No entanto, placas de quatro camadas devem ter um plano de energia abaixo do plano de aterramento.

Aqui estão algumas diretrizes de design para organizar camadas de PCB:

• Primeiro, use grades de aterramento se você não puder dedicar uma camada inteira para o plano de aterramento em uma placa de duas camadas.
• Em seguida, certifique-se de que os traçados de aterramento estejam paralelos aos traçados de energia, especialmente se estiver usando um plano separado.
• Finalmente, se o design da sua PCB tiver mais de quatro camadas, recomendamos usar a seguinte disposição da PCB:camada de sinal-terra-camada-energia-camada de sinal.

5. Faça uso da blindagem.

A blindagem é um método eficaz para combater as emissões EM. Assim, com materiais condutores/magnéticos, as tampas de blindagem podem proteger os sinais de interferência externa e evitar a perda de informações.

Recomendamos o uso de blindagem do cabo. Por quê? Porque os cabos são uma fonte significativa de EMI, especialmente aqueles que transmitem sinais analógicos e digitais. Além disso, esses cabos têm alta capacitância e indutância parasitas.

Mas você pode evitar esses problemas de EMI usando a blindagem do cabo.

5. Separe todos os componentes sensíveis

Componentes eletrônicos

Você não pode obter um design compatível com a EMC agrupando todos os componentes. Em vez disso, separe-os de acordo com seus sinais operacionais, como sinais digitais, analógicos, de baixa velocidade, alta velocidade e de fonte de alimentação.

Outra coisa a fazer é separar as faixas de sinal de cada grupo e colocá-las em sua área específica. Além disso, um filtro seria ótimo se um sinal passasse por diferentes subsistemas.

Padrões EMC

Padrões EMC

Embora existam diferentes versões dos padrões EMC, a maioria se inspira nos padrões IEC.

Esses padrões EMC criaram dois requisitos que todo dispositivo eletrônico deve seguir. Esses requisitos incluem:

• Os dispositivos eletrônicos não devem criar e transmitir interferência eletromagnética negativa a outros dispositivos.
• Os dispositivos eletrônicos também devem resistir à EMI de outros dispositivos.

Clique aqui para obter mais informações sobre os vários padrões EMC.

Outras precauções para projetos de PCB EMC

Aqui estão algumas dicas para ajudar a aumentar o desempenho de seu projeto de PCB EMC.

1. Primeiro, tenha cuidado ao projetar ou localizar os layouts de seus osciladores. Portanto, você deve manter todos os loops do tanque do oscilador longe de circuitos analógicos, conectores e sinais de baixa velocidade. Lembre-se que esta dica se aplica ao PCB da placa e ao espaço da caixa.

2. Além disso, você deve saber que nem todos os PCBs são iguais. Alguns projetos podem exigir conectores filtrados para filtrar o ruído. Além disso, você deve amarrar seu conector ao chassi e à placa de circuito impresso.

3. Em seguida, não corra em linhas de alta velocidade ou barulhentas perto da borda da sua prancha. Traços ruidosos podem captar ruídos facilmente, portanto, você deve mantê-los longe de áreas que geram ruído. Essas áreas incluem circuitos osciladores, drivers de relé, conectores e relés.

4. Além disso, alguns PCBs podem exigir filtragem em algumas linhas. Uma solução fácil para isso é grânulos de ferrite. Os grânulos de ferrite podem limitar os sinais de alta frequência e funcionar para desacoplar as linhas de alimentação.

5. Lembre-se de manter os conjuntos de cabos longe de um oscilador ou de uma seção com um microcomputador em seu projeto. Os conjuntos de cabos podem degradar o desempenho do seu EMC porque captam e transportam ruído por todo o circuito.

Diferença entre EMI e EMC?

Como mencionado anteriormente, EMI é qualquer ruído que corrompa outros sinais transmitindo ou recebendo dados ou informações.

Além disso, há duas maneiras pelas quais a EMI pode ocorrer. Um é pelo ar, e o outro acontece quando um condutor o transfere para outro material (EMI condutor).

Em contraste, EMC é a capacidade de um dispositivo de suportar níveis perigosos de EMI e continuar operando normalmente. Dispositivos com um bom padrão EMC não gerarão EMI intolerável e não terão sinais e operações interrompidos.

Arredondando

Projeto PCB

A interferência eletromagnética é um fenômeno poderoso que pode causar perda de informações e graves interrupções no sistema. É semelhante ao pulso eletromagnético fictício que pode interromper todos os dispositivos eletrônicos dentro do alcance.

No entanto, podemos combater a EMI com placas compatíveis com EMC. Essas placas possuem uma imunidade específica que as protege de interrupções de sinal. Os PCBs EMC também não criam altos níveis de EMI, portanto, não afetam os dispositivos ao seu redor.

Deseja construir uma EMC PCB para seu próximo projeto? Não deixe de entrar em contato conosco, ficaremos felizes em ajudar.