Interferência eletromagnética (EMI) é um tipo de interferência eletromagnética na qual a energia é transmitida de um dispositivo eletrônico para outro por meio de radiação/condução, destruindo a qualidade do sinal e causando falhas. Ela existe em quase todos os aspectos de nossas vidas. Por exemplo, quando nosso celular está perto de um rádio ligado, ouvimos um zumbido, o que é interferência eletromagnética. Esse problema sempre incomodou os projetistas de PCBs, que precisam garantir que os produtos eletrônicos que projetam estejam em conformidade com as normas. EMC (Compatibilidade Eletromagnética). Na verdade, é difícil evitar completamente a interferência eletromagnética, mas podemos reduzir a EMI o máximo possível durante o processo de projeto. Neste artigo, listamos várias regras importantes de projeto para reduzir a interferência eletromagnética em PCBs. Vamos direto ao ponto.
O que causa interferência eletromagnética em PCB?
Existem vários fatores que contribuem para a geração de interferência eletromagnética em PCB:
- Devido à alta taxa de transições de estado, circuitos digitais de alta frequência, incluindo microprocessadores e dispositivos de memória, podem ser a causa comum.
- Fontes de alimentação chaveadas e transistores de comutação rápida são os principais emissores de radiação EMI devido às suas rápidas variações de corrente.
- Se os traços de sinal forem projetados ou roteados de maneira inadequada, especialmente aqueles que transportam sinais de alta frequência, eles se tornam uma fonte de EMI, pois agem como antenas.
- Loops no nível do solo e aterramento precário também são fontes de EMI devido a correntes de interferência. Quando os planos de energia não são conectados perfeitamente, eles criam descontinuidades de impedância, levando a reflexões de sinal e EMI.
- Esses problemas podem ser agravados pelo posicionamento incorreto do componente e pela blindagem inadequada, razão pela qual a EMI é um dos maiores desafios do projeto de PCB.
Por que é importante reduzir EMI?
Em primeiro lugar, ele está em conformidade com as medidas regulatórias, como o uso das normas da FCC e a marcação CE, obrigatória nos mercados onde os dispositivos eletrônicos são vendidos. O não cumprimento das diretrizes pode resultar em aumento de despesas, como reformulação, lançamento tardio do produto no mercado e possíveis problemas legais.
Em segundo lugar, a redução da EMI melhora o desempenho e a qualidade dos dispositivos eletrônicos em uso. Altos níveis de EMI podem afetar a qualidade do sinal a um nível indesejável, resultando em corrupção de dados, falhas sistêmicas ou falha total do dispositivo. Em aplicações sensíveis, como equipamentos médicos ou eletrônicos automotivos, esses problemas podem ser fatais.
Além disso, a redução de EMI resulta em uma melhor experiência do usuário, pois a operação dos respectivos dispositivos não é afetada por outros dispositivos próximos, como, por exemplo, um telefone celular interferindo em um rádio.
Por fim, um bom projeto de EMI também resulta no aumento da eficiência energética e da dissipação de calor, o que se traduz em maior vida útil da bateria em produtos portáteis e aumento da vida útil do produto.
Princípios-chave de projeto para redução de interferência eletromagnética
Problemas comuns de EMC em PCBs estão basicamente relacionados a falhas de projeto decorrentes de interferências de trilhas, circuitos, vias e outros recursos relacionados na placa. Esta seção apresentará princípios básicos de projeto de PCBs e melhores práticas sob diversos aspectos para reduzir problemas de interferência eletromagnética:
Plano Terrestre
- Maximizar a área de aterramento: Em uma grande área de aterramento, os sinais podem ser dispersos com mais facilidade, reduzindo a diafonia e o ruído. Portanto, precisamos aumentar a área de aterramento dentro da placa de circuito impresso o máximo possível. Se a camada de aterramento for muito pequena, podemos criar uma placa de circuito impresso multicamadas.
- Use planos de corte de aterramento com cuidado: A divisão deve ser feita seletivamente porque, se os planos de corte estiverem mal posicionados, é possível obter antenas de fenda, o que aumentará a radiação EMI.
- Minimize as conexões entre planos de aterramento separados: o ideal é conectar planos de aterramento separados em apenas um local. Vários pontos de conexão de aterramento podem ser problemáticos, pois criam loops, o que, por sua vez, significa emissões adicionais da sua placa de circuito impresso.
- Otimizando o posicionamento do capacitor de bypass: solde os capacitores de bypass ou de desacoplamento ao plano de aterramento de maneira apropriada, com caminhos de corrente de retorno e tamanhos de loop minimizados, para reduzir a EMI.
Layout de rastreamento
- Design de curvatura: substitua curvas acentuadas de 90 graus por ângulos arredondados ou de 45 graus. Isso ajuda a manter a impedância consistente e reduz as reflexões do sinal.
- Separação de Sinais: Pode ser desejável filtrar sinais de alta velocidade (como, por exemplo, linhas de clock) dos de baixa velocidade. É aconselhável que os sinais analógicos e digitais sejam separados para reduzir o nível de interferência.
- Otimização do caminho de retorno: projete caminhos de retorno curtos e diretos para minimizar as áreas de loop e, assim, minimizar o EMI.
- Roteamento de par diferencial: roteie trilhas diferenciais próximas para obter melhor acoplamento e mover o ruído para o modo comum, o que é menos problemático para entradas diferenciais.
- Via Uso: Ao projetar o PCB vias, isso deve ser feito com sabedoria, pois as vias causam um aumento na amplitude do sinal e trazem indutância e capacitância adicionais. No caso de pares diferenciais, deve-se tentar minimizar o uso de vias o máximo possível. Somente em caso de necessidade, utilize um anti-pad oval comum para reduzir a capacitância parasita.
Arranjo de componentes
- Separe o analógico do digital: se você tiver circuitos analógicos e digitais no mesmo projeto, proteja os circuitos analógicos dos circuitos digitais e use o máximo de camadas possível com aterramentos separados.
- Proteja o analógico da alta velocidade: Aplique alguma proteção blindando os circuitos analógicos com os sinais de aterramento. Em PCBs multicamadas, coloque planos de aterramento entre os traços analógicos e os sinais de alta velocidade.
- Gerencie componentes de alta velocidade: reduza e separe rapidamente peças pequenas que geram mais EMI. Minimize o acoplamento de sinais de alta velocidade e garanta que sejam curtos e localizados próximos aos planos de aterramento.
Proteção EMI
Se a eliminação completa do EMI não for possível, deve-se optar por PCB blindagemPlacas de circuito inteiras são mantidas longe de fontes de EMI com a ajuda de blindagens externas, como gaiolas de Faraday, e blindagens internas isolam componentes sensíveis específicos dentro das placas. A blindagem dos cabos, usando revestimentos condutores ou capas trançadas, ajuda a conter sinais de alta frequência e reduzir a transmissão de EMI.
Considerações Finais
Concluindo, a redução da interferência eletromagnética é um aspecto crítico do projeto de PCB que não pode ser negligenciado. Com a compreensão das causas da EMI e das técnicas de projeto aplicadas, um engenheiro pode produzir circuitos de alto desempenho na PCB que podem operar com segurança contra os riscos de EMI. Como os dispositivos eletrônicos modernos estão se tornando cada vez mais sofisticados e estão praticamente em todos os cantos de nossas vidas, isso também significa que o problema da EMI continuará a ser cada vez mais crítico no futuro. Embora os problemas de redução de EMI possam ser complexos, trabalhar com especialistas confiáveis em projeto de PCB pode mudar a situação para melhor. É aí que a MOKO entra em cena. Usando nosso know-how em projeto de PCB de alto desempenho, estamos prontos para ajudá-lo a lidar com os problemas associados à redução de EMI e a alcançar a compatibilidade eletromagnética. Entre em contato com a MOKO Technology agora mesmo!
