Dominando a Mitigação de Interferência em PCB: Guia Profissional para Garantir Conformidade EMC

Com o desenvolvimento constante da tecnologia da informação, produtos eletrônicos estão se tornando cada vez mais complexos em termos de suas funções, categorias e estruturas, impulsionando o projeto de PCB na direção de múltiplas camadas e alta densidade. Como resultado, muita atenção deve ser dada ao EMC (Compatibilidade Eletromagnética) do projeto de PCB, já que o projeto EMC de PCB não apenas garante o funcionamento normal e estável de todos os circuitos na placa para que não sejam mutuamente interferidos, mas também efetivamente diminui a radiação de transmissão e emissão conduzida de PCB a fim de impedir que circuitos sejam interferidos por radiação e condução externa. Interferência é o principal inimigo do EMC. Mas, engenheiros, vocês devem parar de se preocupar a partir deste artigo.

Classificação da Interferência em PCB

A interferência em PCB pode ser classificada em três categorias:
1). Interferência de layout refere-se à interferência causada por colocação inadequada de componentes no PCB.
2). Interferência de empilhamento refere-se à interferência de ruído causada por configuração não científica.
3). Interferência de roteamento refere-se à interferência causada por configuração inadequada de distância entre linhas de sinal, energia e aterramento do PCB, largura de linha ou método de roteamento de PCB não científico.

Em termos de classificação de interferência em PCB, algumas medidas de supressão podem ser tomadas respectivamente da perspectiva de regras de layout, estratégia de empilhamento e regras de roteamento com influência como resultado da interferência de PCB reduzida ou até eliminada a fim de garantir compatibilidade com padrão de projeto EMC.

Medidas de Supressão Correspondentes para Interferência em PCB Baseadas em Sua Classificação

Medidas de supressão para interferência de layout

O privilégio para impedir interferência de layout reside em layout de PCB razoável que deve conformar às seguintes seis regras:

1). Posição do circuito de cada módulo de função deve ser razoavelmente definida de acordo com a localização da corrente de sinal e suas direções de fluxo devem ser mantidas as mesmas o máximo possível.

2). Componente central no circuito do módulo deve ser definido no centro e terminais devem ser encurtados o máximo possível entre componentes, especialmente componentes de alta frequência.

3). Integração entre elementos termossensíveis e chips deve ser realizada longe de elementos de aquecimento.

4). Posição do conector deve ser determinada de acordo com posições de componentes na placa. Conectores devem ser colocados em um lado do PCB a fim de impedir que cabos sejam conduzidos de dois lados e diminuir radiação de corrente de modo comum (CM).

5). Driver I/O deve ser bem próximo ao conector a fim de impedir roteamento de longa distância de sinais I/O na placa.

6). Elementos termossensíveis não devem ser colocados muito próximos uns dos outros e componentes de entrada e saída devem ser longe deles também.

Medidas de supressão para interferência de empilhamento

Primeiro, informações de projeto de PCB devem ser dominadas com elementos abrangentes considerados incluindo densidade de linha de sinal, classificação de energia e aterramento a fim de determinar energia e número de camadas que garantam implementação de função do circuito. Qualidade da estratégia de empilhamento é essencialmente correlacionada com tensão transiente de plano de terra ou plano de energia e blindagem eletromagnética de energia e sinais. Baseado em experiência prática de projeto de empilhamento, o projeto de empilhamento deve conformar às seguintes regras:
1). Plano de terra e plano de energia devem ser adjacentes um ao outro e a distância entre eles deve ser a menor possível.
2). Plano de sinal deve ser bem próximo a plano de terra ou plano de energia. Tanto camada única quanto múltiplas camadas são OK com isso.

No processo de projeto de PCB de camada única ou dupla, linhas de energia e linhas de sinal devem ser cuidadosamente projetadas. A fim de reduzir área do laço de corrente de energia, linhas de aterramento e linhas de energia devem ser bem próximas uma da outra e devem manter mutuamente paralelas. Para PCBs de camada única, linhas de aterramento de proteção devem ser arranjadas em ambos os lados de linhas de sinal importantes. Por um lado, visa encolher área do laço de sinais. Por outro lado, crosstalk pode ser evitado entre linhas de sinal.

Para PCBs de dupla camada, linhas de aterramento de proteção podem ser definidas também ou aterramento de área massiva é implementado no plano de imagem de sinais significativos. Embora fabricação de PCB e depuração de montagem sejam simples e convenientes, não é aceitável simular diretamente PCBs complicados como circuito digital e circuito digital-analógico porque a radiação aumentará com o aumento da área do laço sem plano de referência.

PCBs multicamadas são sugeridos se o custo for suficiente. Três regras têm que ser seguidas no processo de projeto de PCB multicamadas:
1). Para linhas de sinal significativas, como barramento ou linhas de clock com forte radiação e linhas com alta sensibilidade, o roteamento deve ser implementado entre dois planos de terra ou no plano de sinal que é bem próximo ao plano de terra, o que é benéfico para encolhimento da área do laço de sinal, redução de intensidade de radiação e fortalecimento de anti-interferência.
2). Radiação de borda deve ser garantida para estar sob controle efetivo. Comparado com plano de terra adjacente, plano de energia deve ser internamente reduzido por 5 a 20H (H refere-se à espessura dielétrica).
3). Se linhas de sinal de alta frequência existirem entre camada inferior e superior, elas devem ser arranjadas entre camada superior e plano de terra a fim de proibir radiação de linhas de sinal de alta frequência para o espaço.

Medidas de supressão para interferência de roteamento

A fim de proibir interferência, as seguintes regras têm que ser obedecidas em termos de roteamento:
1). Terminais em terminal de saída e terminal de entrada devem evitar serem paralelos por longa distância. Crosstalk paralelo pode ser diminuído através de adição de linhas de aterramento ou aumento de distância entre linhas.
2). Largura de roteamento nunca pode ser mudada repentinamente. Canto deve ser arco ou com ângulo de 135°.
3). Radiação externa de laço condutor de corrente aumenta (diminui) com o aumento (diminuição) da área do laço, corrente e frequência de sinal, então é necessário reduzir área do laço de terminal quando a corrente está fluindo.
4). Comprimento do terminal deve ser reduzido enquanto largura seja aumentada a fim de diminuir impedância dos terminais.
5). Para minimizar acoplamento de ruído e crosstalk entre linhas adjacentes, por favor realize processamento de isolamento entre linhas para garantir isolamento de roteamento.
6). Isolamento de derivação de sinal-chave deve ser definido e sinais-chave são protegidos por circuitos de proteção.

Além disso, ao rotear linhas de sinal, linhas de energia e linhas de aterramento, por favor siga regras de roteamento de acordo com suas próprias características e funções:
a. Linhas de aterramento público devem ser arranjadas na borda do PCB com padrão de malha ou laço; linhas de aterramento devem ser tão grossas quanto possível e mais folha de cobre deve ser aplicada a fim de fortalecer efeito de blindagem; aterramento analógico deve ser isolado com aterramento digital e conexão paralela de ponto único deve ser aplicada em terra de baixa frequência de terra analógico. Conexão em série multi-ponto deve ser aplicada em terra de alta frequência. No roteamento prático, conexão em série pode ser combinada com conexão paralela.
b. Largura de linhas de energia deve ser aumentada sempre que possível e resistência do laço deve ser reduzida de modo a garantir sincronização entre direção de linhas de terra e energia e a de transmissão de dados. Para PCBs multicamadas, distância entre linhas de energia e plano de terra ou plano de energia deve ser reduzida. Energia deve ser fornecida a cada unidade de função independentemente e circuitos com energia fornecida por energia pública devem ser próximos e compatíveis uns com os outros.
c. Linhas de sinal devem ser tão curtas quanto possível de modo a garantir a redução do caminho de acoplamento de sinal de interferência. Linhas de sinal de clock e linhas de sinal sensíveis devem ser roteadas primeiro, vêm depois linhas de sinal de alta velocidade e finalmente vêm linhas de sinal insignificantes. Se linhas de sinal não forem compatíveis umas com as outras, processamento de isolamento deve ser implementado para impedir a geração de acoplamento de interferência. Roteamento de sinal-chave não pode superar área de separação ou mesmo espaço de plano de referência causado por pad e via through-hole. Caso contrário, área do laço de sinal será aumentada. Enquanto isso, a fim de proibir radiação de borda, distância entre linhas de sinal-chave e plano de referência não pode ser menor que 3H (H refere-se à altura entre linhas de sinal-chave e plano de referência).

A única coisa que temos que temer é o próprio medo. Para engenheiros eletrônicos, no processo de projeto de PCB, talvez a interferência sempre o decepcione. No entanto, desde que saibamos de onde a interferência deriva e tomemos medidas efetivas, a interferência definitivamente será reduzida com o desempenho do PCB plenamente realizado.

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