Aprimorando Design de PCB: Estratégias Comprovadas para Aumentar Desempenho Anti-Interferência

O rápido desenvolvimento da tecnologia eletrônica contribui para a alta densidade de componentes eletrônicos, o que impulsiona a capacidade de anti-interferência para projetistas de PCB. No processo de design de PCB, projetistas devem conformar-se aos princípios genéricos de design de PCB e requisito de anti-interferência. A capacidade de anti-interferência no design de PCB tem relação direta com a validade e estabilidade de produtos eletrônicos, até sendo considerada como o ponto-chave do design. Quando o requisito de anti-interferência é levado em plena consideração no procedimento de design, tempo também será economizado, já que medidas remediativas de anti-interferência não precisam ser feitas depois.

Fonte de Geração de Interferência em PCB

A fonte de geração de interferência em PCB vem dos seguintes elementos:

• a. Fonte de interferência refere-se aos componentes, dispositivos ou sinais que geram interferência, como relés, retificadores controlados por silício, máquinas elétricas e clocks de alta frequência.
• b. Componentes sensíveis refere-se aos objetos que são facilmente suscetíveis, como conversores A/D (D/A), microcontroladores de chip único (SCM), CIs digitais, etc.
• c. Caminho de transmissão refere-se ao caminho ou meio através do qual a interferência viaja de sua fonte aos componentes sensíveis. De acordo com o caminho de transmissão de interferência, a interferência pode ser classificada em duas categorias: interferência de condução e interferência de radiação. A primeira refere-se à interferência transmitida através de condutor aos componentes sensíveis. Diferente da banda de frequência de sinais úteis, a transmissão de ruído de interferência de alta frequência pode ser cortada adicionando filtros nos condutores e às vezes adicionando opto-acoplador isolado também pode funcionar. Interferência de radiação refere-se à interferência transmitida aos componentes sensíveis através do espaço. A solução geral é ampliar a distância entre fonte de interferência e componentes sensíveis ou isolá-los através de fios de ground.

Princípios de Anti-Interferência no Design de PCB

Os princípios genéricos de anti-interferência devem incluir inibir fonte de interferência, cortar caminho de transmissão de interferência e aumentar a capacidade de anti-interferência de componentes sensíveis. As medidas específicas de cada princípio serão exibidas no seguinte conteúdo:

Para Inibir Fonte de Interferência

a. Para relés, duas medidas podem ser tomadas para inibir fonte de interferência.

1. Diodo de retorno (flyback diode) pode ser adicionado à bobina do relé para eliminar a interferência gerada de força eletromotriz de retorno com bobina desligada.
2. Circuito de supressão de faísca pode ser conectado aos pinos de relés em paralelo, a fim de reduzir a interferência de faísca.

b. Para máquinas elétricas, circuito de filtro pode ser adicionado a elas. Note que condutores de capacitor e indutor devem ser o mais curtos possível.

c. Para retificadores controlados por silício, circuito de interferência RC pode ser conectado aos pinos do retificador controlado por silício para reduzir ruído gerado por retificador controlado por silício.

d. Um capacitor de alta frequência na faixa de 0,01 µF a 0,1 µF deve ser conectado a cada CI na placa, a fim de diminuir a interferência gerada por CI à potência. Note que em termos de roteamento de capacitor de alta frequência, fios devem estar próximos à potência e ser curtos e grossos. Caso contrário, resistência série equivalente seria aumentada com efeito de filtro influenciado.

Para Cortar Caminho de Transmissão de Interferência

Especificamente, medidas ordinárias de cortar caminho de transmissão de interferência incluem:

• a. A influência de potência para SCM deve ser levada em plena consideração. Muitos SCMs são bastante sensíveis ao ruído de potência e circuito de filtro ou regulador de tensão deve ser adicionado à potência de SCM, a fim de diminuir a interferência de ruído de potência para SCM.
• b. Se portas I/O em SCM são usadas para controlar componentes de ruído, isolamento (filtro de onda em forma de Π) deve ser adicionado entre portas I/O e fonte de ruído.
• c. Roteamento de oscilador de cristal deve ser notado. Oscilador de cristal deve estar próximo aos pinos de SCM com fio de ground isolando a zona de clock. A carcaça do oscilador de cristal é conectada ao ground e estabilizada.
• d. A placa deve ter uma partição razoável baseada em sinais fortes ou fracos, digitais ou analógicos. Fonte de interferência como máquina elétrica ou relé deve ser isolada de componentes sensíveis como SCM.
• e. Fios de ground devem ser usados para isolar zona digital de zona analógica, ground digital de ground analógico que serão conectados a ground de potência em uma extremidade. Este princípio também é adequado para roteamento de chips A/D e D/A.
• f. Fios de ground de SCM e componentes de alta potência devem ser conectados ao ground independentemente, a fim de diminuir a interferência mútua. Além disso, componentes de alta potência devem ser colocados na borda da placa.
• g. Componentes anti-interferência como ferrite bead, tubo de ferrite, filtro de potência e caixa de blindagem são usados em alguns lugares-chave na placa, como portas I/O de SCM, fio de potência e linhas de conexão de PCB, de modo a aumentar drasticamente a capacidade de anti-interferência do circuito.

Para Aumentar a Capacidade de Anti-Interferência de Componentes Sensíveis

Isso refere-se às medidas de que a captação de ruído de interferência deve ser reduzida a partir de componentes sensíveis e recuperação rápida de condições anormais. Medidas ordinárias para aumentar a capacidade de anti-interferência de componentes sensíveis incluem:

• a. A área de loop de circuito deve ser ampliada ao rotear, a fim de reduzir ruído induzido.
• b. Ao rotear, tanto linha de potência quanto fio de ground devem ser o mais grossos possível, o que é capaz de reduzir queda de tensão e ruído de desacoplamento.
• c. Portas I/O ociosas em SCM devem ser conectadas a ground ou potência, e o mesmo para outras portas ociosas de CI sem mudar a lógica do sistema.
• d. Monitor de potência e circuito de watchdog devem ser usados em SCM, de modo que a capacidade de anti-interferência de todo o circuito possa ser drasticamente aumentada.
• e. Componentes CI devem ser diretamente soldados na placa em vez de soquetes de CI.
• f. Como a velocidade atual pode atender aos requisitos, oscilador de cristal de SCM deve ser diminuído e circuito digital de baixa velocidade deve ser escolhido.

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