L'interferenza elettromagnetica (EMI) è un tipo di interferenza elettromagnetica, in cui l'energia viene trasmessa da un dispositivo elettronico all'altro tramite radiazione/conduzione, compromettendo la qualità del segnale e causando guasti. È presente in quasi ogni aspetto della nostra vita. Ad esempio, quando il nostro cellulare è vicino a una radio accesa, sentiamo un ronzio, che è un'interferenza elettromagnetica. Questo problema ha sempre preoccupato i progettisti di PCB, che devono garantire che i prodotti elettronici che progettano siano conformi a... EMC (compatibilità elettromagnetica)In effetti, è difficile evitare completamente le interferenze elettromagnetiche, ma possiamo ridurle il più possibile durante la progettazione. In questo articolo, elenchiamo diverse importanti regole di progettazione per ridurre le interferenze elettromagnetiche nei PCB. Andiamo subito al dunque.
Quali sono le cause delle interferenze elettromagnetiche nei PCB?
Sono diversi i fattori che contribuiscono alla generazione di interferenze elettromagnetiche nei PCB:
- A causa dell'elevata frequenza delle transizioni di stato, la causa più comune potrebbe essere rappresentata dai circuiti digitali ad alta frequenza, tra cui microprocessori e dispositivi di memoria.
- Gli alimentatori switching e i transistor a commutazione rapida sono i principali responsabili delle radiazioni EMI a causa delle loro rapide variazioni di corrente.
- Se le tracce del segnale sono progettate o instradate in modo scadente, in particolare quelle che trasportano segnali ad alta frequenza, diventano una fonte di EMI poiché agiscono come antenne.
- Anche i loop a livello di terra e una messa a terra inadeguata sono fonti di EMI dovute a correnti di interferenza. Quando i piani di alimentazione non sono collegati in modo uniforme, creano discontinuità di impedenza, con conseguenti riflessioni del segnale e EMI.
- Questi problemi possono essere aggravati da un posizionamento improprio del componente e da una schermatura inadeguata, motivo per cui le interferenze elettromagnetiche (EMI) rappresentano una delle sfide principali nella progettazione di PCB.
Perché è importante ridurre le EMI?
In primo luogo, è conforme alle normative, come l'applicazione delle normative FCC e la marcatura CE, obbligatoria nei mercati in cui vengono venduti i dispositivi elettronici. Il mancato rispetto delle linee guida potrebbe comportare maggiori spese, come la riprogettazione, l'immissione tardiva del prodotto sul mercato e possibili problemi legali.
In secondo luogo, la riduzione delle interferenze elettromagnetiche (EMI) migliora le prestazioni e la qualità dei dispositivi elettronici in uso. Livelli elevati di EMI possono compromettere la qualità del segnale a livelli indesiderabili, causando corruzione dei dati, guasti sistemici o addirittura il guasto totale del dispositivo. In applicazioni sensibili come le apparecchiature medicali o l'elettronica automobilistica, tali problemi potrebbero essere fatali.
Inoltre, la riduzione delle EMI si traduce in una migliore esperienza utente, poiché il funzionamento dei rispettivi dispositivi non è influenzato da altri dispositivi nelle vicinanze, come ad esempio un telefono cellulare che interferisce con una radio.
Infine, una buona progettazione EMI comporta anche un miglioramento dell'efficienza energetica e della dissipazione del calore, che si traduce in una maggiore durata della batteria nei prodotti portatili e in un aumento della vita utile del prodotto stesso.
Principi fondamentali di progettazione per la riduzione delle interferenze elettromagnetiche
I problemi EMC più comuni nei PCB sono essenzialmente legati a errori di progettazione derivanti da interferenze provenienti da tracce, circuiti, vie e altre caratteristiche correlate sulla scheda. Questa sezione introdurrà i principi base della progettazione dei PCB e le migliori pratiche da diversi punti di vista per ridurre i problemi di interferenza elettromagnetica:
Piano terra
- Massimizzare l'area di massa: su un'area di massa ampia, i segnali possono essere dispersi più facilmente per ridurre diafonia e rumore. Pertanto, è necessario aumentare il più possibile l'area di massa all'interno del PCB. Se lo strato di massa è troppo piccolo, è possibile creare un PCB multistrato.
- Utilizzare con cautela i piani di massa divisi: la divisione deve essere effettuata in modo selettivo, perché se i piani di taglio sono posizionati male, è possibile ottenere antenne a fessura, che aumenteranno le radiazioni EMI.
- Ridurre al minimo le connessioni tra piani di massa separati: idealmente, collegare i piani di massa separati in un unico punto. Diversi punti di collegamento a terra possono essere problematici in quanto introducono loop, che a loro volta comportano emissioni aggiuntive dal PCB.
- Ottimizzazione del posizionamento dei condensatori di bypass: saldare i condensatori di bypass o di disaccoppiamento al piano di terra in modo appropriato, riducendo al minimo i percorsi della corrente di ritorno e le dimensioni del circuito, in modo da ridurre le EMI.
Traccia layout
- Design a curvatura: sostituisci le curve strette a 90 gradi con angoli arrotondati o a 45 gradi. Questo aiuta a mantenere un'impedenza costante e riduce le riflessioni del segnale.
- Separazione del segnale: potrebbe essere opportuno filtrare i segnali ad alta velocità (come ad esempio le linee di clock) da quelli a bassa velocità. È consigliabile separare i segnali analogici e digitali per ridurre il livello di interferenza.
- Ottimizzazione del percorso di ritorno: progettare percorsi di ritorno brevi e diretti per ridurre al minimo le aree del loop e quindi minimizzare le EMI.
- Instradamento delle coppie differenziali: instradare le tracce differenziali vicine per ottenere un accoppiamento migliore e spostare il rumore in modalità comune, il che è meno problematico per gli ingressi differenziali.
- Utilizzo tramite: Durante la progettazione del PCB vias, dovrebbe essere fatto con saggezza perché i fori di via causano un aumento dell'ampiezza del segnale e portano induttanza e capacità aggiuntive. Nel caso di coppie differenziali, si deve cercare di ridurre al minimo l'uso dei fori di via. Solo in caso di necessità utilizzare un comune anti-pad ovale per ridurre la capacità parassita.
Disposizione dei componenti
- Separare circuiti analogici e digitali: se si hanno circuiti analogici e digitali nello stesso progetto, schermare i circuiti analogici da quelli digitali e utilizzare quanti più strati possibile con masse separate.
- Proteggere i circuiti analogici dall'alta velocità: applicare una protezione schermando i circuiti analogici con i segnali di massa. Nei PCB multistrato, posizionare piani di massa tra le tracce analogiche e i segnali ad alta velocità.
- Gestire i componenti ad alta velocità: ridurre e separare rapidamente i componenti di piccole dimensioni che generano maggiori interferenze elettromagnetiche (EMI). Ridurre al minimo l'accoppiamento dei segnali ad alta velocità e assicurarsi che siano brevi e posizionati vicino ai piani di massa.
Schermatura EMI
Se l'eliminazione completa dell'EMI non è possibile, bisogna optare per PCB schermaturaInteri circuiti stampati sono tenuti lontani dalle sorgenti EMI grazie a schermature esterne come le gabbie di Faraday, mentre le schermature interne isolano i componenti sensibili all'interno delle schede. La schermatura dei cavi, utilizzando rivestimenti conduttivi o guaine intrecciate, contribuisce a contenere i segnali ad alta frequenza e a ridurre la trasmissione EMI.
Considerazioni finali
In conclusione, la riduzione delle interferenze elettromagnetiche è un aspetto fondamentale della progettazione di PCB che non può essere trascurato. Grazie alla comprensione delle cause delle EMI e alle tecniche di progettazione applicate, un ingegnere può realizzare circuiti PCB più performanti, in grado di operare in sicurezza contro i rischi EMI. Poiché i dispositivi elettronici moderni stanno diventando sempre più sofisticati e sono praticamente presenti in ogni aspetto della nostra vita, ciò significa anche che il problema delle EMI continuerà ad essere sempre più critico in futuro. Sebbene i problemi di riduzione delle EMI possano essere complessi, collaborare con specialisti affidabili nella progettazione di PCB può migliorare la situazione. È qui che entra in gioco MOKO. Grazie al nostro know-how nella progettazione di PCB ad alte prestazioni, siamo pronti ad assistervi nell'affrontare i problemi associati alla riduzione delle EMI e a supportarvi nel raggiungimento della compatibilità elettromagnetica. Contatta MOKO Technology proprio ora!
