¿Cómo reducir la EMI en el diseño de PCB?

La interferencia electromagnética (EMI) es un tipo de interferencia electromagnética en la que la energía se transmite de un dispositivo electrónico a otro mediante radiación o conducción, lo que deteriora la calidad de la señal y provoca fallos. Está presente en casi todos los aspectos de nuestra vida. Por ejemplo, cuando nuestro teléfono móvil está cerca de una radio encendida, oímos un zumbido, que es interferencia electromagnética. Este problema siempre ha preocupado a los diseñadores de PCB, quienes deben garantizar que los productos electrónicos que diseñan cumplan con la compatibilidad electromagnética (EMC) . De hecho, es difícil evitar por completo la interferencia electromagnética, pero podemos reducirla al máximo durante el proceso de diseño. En este artículo, enumeramos varias reglas de diseño importantes para reducir la interferencia electromagnética en las PCB. ¡Comencemos!

¿Qué causa la interferencia electromagnética en la PCB?

Existen diversos factores que contribuyen a la generación de interferencias electromagnéticas en PCB:

• Debido a su alta tasa de transiciones de estado, los circuitos digitales de alta frecuencia, incluidos los microprocesadores y los dispositivos de memoria, pueden ser la causa común.
• Las fuentes de alimentación conmutadas y los transistores de conmutación rápida son los principales causantes de la radiación EMI debido a sus rápidas variaciones de corriente.
• Si las trazas de señal están diseñadas o enrutadas de manera deficiente, especialmente aquellas que transportan señales de alta frecuencia, se convierten en una fuente de EMI, ya que actúan como antenas.
• Los bucles a nivel de tierra y una conexión a tierra deficiente también son fuentes de EMI debido a corrientes de interferencia. Cuando los planos de potencia no están conectados de forma uniforme, se crean discontinuidades de impedancia, lo que a su vez provoca reflexiones de señal y EMI.
• Estos problemas pueden agravarse por una colocación incorrecta del componente y un blindaje insuficiente, por lo que la EMI es uno de los principales desafíos del diseño de PCB.

¿Por qué es importante reducir la EMI?

En primer lugar, cumple con las medidas regulatorias, como el uso de las regulaciones de la FCC y el marcado CE, obligatorio en los mercados donde se venden dispositivos electrónicos. El incumplimiento de las directrices podría resultar en mayores gastos, como rediseño, una comercialización tardía del producto y posibles problemas legales.
En segundo lugar, la reducción de la EMI mejora el rendimiento y la calidad de los dispositivos electrónicos en uso. Los niveles elevados de EMI pueden afectar la calidad de la señal a un nivel indeseable, provocando corrupción de datos, fallos del sistema o la falla total del dispositivo. En aplicaciones sensibles como equipos médicos o electrónica automotriz, estos problemas podrían ser fatales.
Además, la reducción de EMI se traduce en una mejor experiencia del usuario, ya que el funcionamiento de los respectivos dispositivos no se ve afectado por otros dispositivos cercanos, como por ejemplo un teléfono móvil que interfiere con una radio.
Por último, un buen diseño EMI también da como resultado una mejora en la eficiencia energética y la disipación del calor, lo que se traduce en una mayor vida útil de la batería en productos portátiles y una mayor vida útil del producto.

Principios clave de diseño de la reducción de interferencias electromagnéticas

Los problemas comunes de EMC en las PCB se relacionan básicamente con fallos de diseño derivados de la interferencia de pistas, circuitos, vías y otras características de la placa. Esta sección presentará los principios básicos de diseño de PCB y las mejores prácticas desde diversos puntos de vista para reducir los problemas de interferencia electromagnética:

1. Plano terrestre

• Maximizar el área de tierra: Con un área de tierra grande, las señales se dispersan con mayor facilidad para reducir la diafonía y el ruido. Por lo tanto, es necesario aumentar el área de tierra dentro de la PCB al máximo. Si la capa de tierra es demasiado pequeña, podemos crear una PCB multicapa.
• Utilice los planos de tierra divididos con cuidado: la división se debe realizar de manera selectiva porque si los planos de corte están mal posicionados, es posible obtener antenas de ranura, lo que aumentará la radiación EMI.
• Minimizar las conexiones entre planos de tierra separados: Idealmente, conectar planos de tierra separados en un solo punto. Varios puntos de conexión a tierra pueden ser problemáticos, ya que introducen bucles, lo que a su vez implica emisiones adicionales de la PCB.
• Optimización de la colocación de condensadores de derivación: suelde los condensadores de derivación o desacoplamiento al plano de tierra de manera adecuada, minimizando las rutas de corriente de retorno y los tamaños de bucle, a fin de reducir la EMI.

2. Diseño de seguimiento

• Diseño de curvatura: Sustituya las curvas pronunciadas de 90 grados por ángulos redondeados o de 45 grados. Esto ayuda a mantener una impedancia constante y reduce las reflexiones de la señal.
• Separación de señales: Puede ser conveniente filtrar las señales de alta velocidad (como, por ejemplo, las líneas de reloj) de las de baja velocidad. Es recomendable separar las señales analógicas y digitales para reducir el nivel de interferencias.
• Optimización de la ruta de retorno: diseñe rutas de retorno cortas y directas para minimizar las áreas de bucle y, por lo tanto, minimizar la EMI.
• Enrutamiento de pares diferenciales: enrute las pistas diferenciales cerca para obtener un mejor acoplamiento y mover el ruido al modo común, lo que es menos problemático para las entradas diferenciales.
• Vía Uso: Al diseñar el PCB ViasEsto debe hacerse con prudencia, ya que las vías aumentan la amplitud de la señal y aportan inductancia y capacitancia adicionales. En el caso de pares diferenciales, se debe minimizar el uso de vías. Solo en caso necesario, utilice un antirrelleno ovalado común para reducir la capacitancia parásita.

3. Disposición de los componentes

• Separe lo analógico y lo digital: si tiene circuitos analógicos y digitales en el mismo diseño, proteja los circuitos analógicos de los digitales y utilice tantas capas como pueda con conexiones a tierra separadas.
• Proteja los circuitos analógicos de la alta velocidad: Aplique protección blindando los circuitos analógicos con las señales de tierra. En PCB multicapa, coloque planos de tierra entre las pistas analógicas y las señales de alta velocidad.
• Gestione componentes de alta velocidad: Reduzca y separe rápidamente las piezas pequeñas que generan más interferencias electromagnéticas (EMI). Minimice el acoplamiento de señales de alta velocidad y asegúrese de que sean cortas y estén ubicadas cerca de los planos de tierra.

4. Blindaje EMI
   

Si no es posible eliminar por completo la interferencia electromagnética (EMI), se debe optar por el blindaje de la placa de circuito impreso (PCB) . Las placas completas se mantienen alejadas de las fuentes de EMI mediante blindajes externos, como las jaulas de Faraday, y los blindajes internos aíslan componentes sensibles específicos dentro de las placas. El blindaje de cables, mediante recubrimientos conductores o cubiertas trenzadas, ayuda a contener las señales de alta frecuencia y a reducir la transmisión de EMI.

Conclusión

En conclusión, la reducción de la interferencia electromagnética es un aspecto fundamental del diseño de PCB que no se puede pasar por alto. Conociendo las causas de la EMI y aplicando las técnicas de diseño adecuadas, un ingeniero puede crear circuitos de mayor rendimiento en la PCB que operen de forma segura frente a los riesgos de la EMI. Dado que los dispositivos electrónicos modernos son cada vez más sofisticados y están presentes en prácticamente todos los ámbitos de nuestra vida, el problema de la EMI seguirá adquiriendo mayor relevancia en el futuro. Si bien la reducción de la EMI puede ser compleja, trabajar con especialistas en diseño de PCB de confianza puede marcar la diferencia. Es aquí donde entra MOKO. Gracias a nuestra experiencia en el diseño de PCB de alto rendimiento, estamos preparados para ayudarle a abordar los problemas relacionados con la reducción de la EMI y a lograr la compatibilidad electromagnética. ¡ Póngase en contacto con MOKO Technology hoy mismo!