PCB EMC:una forma práctica de contrarrestar las interferencias electromagnéticas

¿Se ha encontrado con que un televisor interfiere con las señales de radio antes? ¿O alguna vez te has preguntado por qué apagas los dispositivos electrónicos cuando subes a un avión? Bueno, la razón es simple; interferencia electromagnética (EMI). La EMI es un fenómeno bastante común con los dispositivos electrónicos. Pero la pregunta aquí es:¿Cómo se controla la EMI? Ahí es donde interviene la placa de circuito impreso de EMC. Si bien no puede eliminar la EMI, puede reducir su efecto y evitar interferencias con este diseño de placa de circuito impreso.

Siga leyendo para obtener más información sobre las PCB de EMC y cómo diseñarlas.

¿Qué es EMI/EMC en PCB?

Interferencia electromagnética

EMI es como una enfermedad que afecta a los circuitos electrónicos. De hecho, es una perturbación electrónica que corrompe la calidad de la señal de cualquier circuito electrónico y provoca un mal funcionamiento. Además, esta perturbación electrónica es energía que viaja a través de la conducción o la radiación de los dispositivos electrónicos.

Curiosamente, EMI puede afectar el dispositivo creando una perturbación y otros dispositivos a corta distancia. La interferencia electromagnética puede ocurrir en cualquier frecuencia, pero generalmente comienza más allá de los 50 MHz.

Dispositivos electrónicos

Por otro lado, EMC (compatibilidad electromagnética) permite que los sistemas electrónicos funcionen sin liberar EMI pesados. También permite que un sistema determine el rendimiento óptimo cuando se trabaja en condiciones seguras.

Todos los dispositivos electrónicos que construya no deben desviarse de los estándares EMI/EMC. De lo contrario, EMI afectará continuamente el rendimiento. Por lo tanto, debe controlar EMI mientras diseña sus PCB.

Además, no es fácil controlar EMI después de completar sus diseños. Entonces, en verdad, gastará mucho dinero, lo que podría no solucionar el problema.

Por lo tanto, el diseño de una placa EMC requerirá centrarse en el diseño de PCB, la selección de componentes y el diseño de circuitos.

Directrices de diseño para EMI y EMC

Si bien no puede diseñar una PCB con interferencia electromagnética baja o nula, puede crear una que no genere EMI intolerable. Tenemos algunas pautas de diseño que ayudarán a reducir las emisiones electromagnéticas no deseadas.

1. Usar dispositivos de montaje en superficie en lugar de dispositivos con cables

Dispositivos de montaje en superficie

Cuando desee cumplir con el estándar EMI, SMD será una opción para sus componentes. Los componentes con plomo tienen propiedades de inductancia más altas y generarán frecuencias superiores a 100 MHz. Por este motivo, el uso de varios componentes de orificios pasantes en la placa provocaría un ruido excesivo.

Sin embargo, los dispositivos de montaje en superficie tienen propiedades de inductancia más bajas y alta densidad. Por lo tanto, los dispositivos de montaje en superficie pueden ayudar a reducir los problemas de EMC/EMI.

2. Espacie y diseñe su diseño de trazado correctamente

Trazas de PCB

Sus PCB no tendrán compatibilidades de transporte de corriente sin rastros. Pero, si hay curvas o cruces en sus caminos, crearía una antena. Y eso es lo que queremos evitar.

Entonces, aquí hay algunas reglas estándar para el diseño de trazas:

• Siempre ponga al menos 3W de espacio entre sus trazos (W para ancho). Además, debe separar todas las señales de otras rutas. Con esta regla, puede minimizar el acoplamiento y la diafonía entre trazas vecinas.
• No utilice curvas en ángulo recto para sus trazos. En su lugar, puede usar ángulos de 45 grados. ¿Por qué? Porque las curvas en ángulo recto pueden aumentar la capacitancia y cambiar el valor de la impedancia, lo que genera reflejos.

Trazos en ángulo recto

• Trate de mantener sus trazas diferenciales cercanas al enrutar. Maximizaría el factor de acoplamiento y controlaría el ruido.

• Utilice vías solo cuando sea necesario. Debe intentar evitar el uso de vías tanto como sea posible.

Las vías pueden causar inductancia parásita debido a la diferencia de impedancia entre ellas y las trazas. Pero, si no puede evitar el uso de vías, asegúrese de colocar las vías de tierra cerca de las vías de señal.

Vías de PCB

• Los stubs no funcionarán en trazas sensibles y de alta frecuencia. Los stubs generan reflejos y potencialmente pueden agregar una antena de longitud de onda a su circuito.

3. Use planos de tierra adecuados

Debe usar solo planos de tierra con valores bajos de inductancia. De lo contrario, cancelará sus esfuerzos para contrarrestar los problemas de EMC.

Afortunadamente, obtiene un plano de tierra con baja inductancia al aumentar el área de tierra de su PCB. También ayudaría a reducir la diafonía y la generación de EM. Echemos un vistazo a algunos de los consejos de diseño que recomendamos.

Nota:No conecte aleatoriamente sus componentes a puntos de tierra. No es una buena práctica.

• No es necesario ahorrar espacio en el plano de tierra. En su lugar, asegúrese de utilizar cada centímetro para beneficiarse de su pequeño valor de inductancia.
• No siempre se pueden usar planos de tierra para PCB de dos capas. Pero puede usar rejillas de tierra, y la distancia entre ellas determina sus valores de inductancia.
• De hecho, las rutas de retorno largas no son necesarias para las PCB de EMC. En cambio, una ruta de retorno corta tiene un mejor rendimiento de EMC debido a su menor impedancia.
• Aísle también los entornos ruidosos con el anillo de jaula de Faraday. Puede crear un anillo de jaula de Faraday al incluir el suelo en el borde del tablero. Luego, la jaula evitará que las señales se enruten fuera del límite.
• En verdad, las aperturas divididas pueden estropear su circuito, así que tenga cuidado al usarlas. Las aberturas divididas pueden crear áreas no uniformes que aumentan la impedancia.
• Asegúrese de colocar circuitos de baja velocidad cerca del plano de potencia y circuitos de alta velocidad cerca del plano de tierra.
• No deje áreas de relleno de cobre flotantes. Manténgalos siempre conectados a tierra, o creará una antena.

4. Cómo organizar sus capas de PCB

La disposición de las capas de su PCB también determina su rendimiento EMC. Si está diseñando dos o más tableros en capas, debe dedicar una capa completa al plano de tierra. Sin embargo, las placas de cuatro capas deben tener un plano de potencia debajo del plano de tierra.

Aquí hay algunas pautas de diseño para organizar las capas de PCB:

• Primero, use cuadrículas de tierra si no puede dedicar una capa completa para el plano de tierra en un tablero de dos capas.
• Luego, asegúrese de que las trazas de tierra estén paralelas con sus trazas de energía, especialmente si usa un plano separado.
• Finalmente, si su diseño de PCB tiene más de cuatro capas, le recomendamos que utilice la siguiente disposición de PCB:capa de señal-capa de tierra-capa de potencia-capa de señal.

5. Haz uso de Blindaje.

El blindaje es un método efectivo para contrarrestar las emisiones EM. Por lo tanto, con materiales conductivos/magnéticos, las cubiertas de blindaje pueden proteger las señales de interferencias externas y evitar la pérdida de información.

Recomendamos utilizar blindaje de cable. ¿Por qué? Porque los cables son una fuente importante de EMI, especialmente los que transmiten señales analógicas y digitales. Además, estos cables tienen una alta capacitancia e inductancia parásitas.

Sin embargo, puede evitar tales problemas de EMI mediante el uso de blindaje de cable.

5. Separe todos los componentes sensibles

Componentes electrónicos

No puede lograr un diseño compatible con EMC agrupando todos los componentes. En su lugar, sepárelos según sus señales operativas, como señales digitales, analógicas, de baja velocidad, de alta velocidad y de fuente de alimentación.

Otra cosa a hacer es separar las pistas de señal de cada grupo y colocarlas en su área específica. Además, un filtro sería excelente si una señal fluye a través de diferentes subsistemas.

Estándares CEM

Normas EMC

Aunque existen diferentes versiones de los estándares EMC, la mayoría se inspira en los estándares IEC.

Estos estándares de EMC crearon dos requisitos que todo dispositivo electrónico debe seguir. Estos requisitos incluyen:

• Los dispositivos electrónicos no deben crear ni transmitir interferencias electromagnéticas negativas a otros dispositivos.
• Los dispositivos electrónicos también deben resistir la EMI de otros dispositivos.

Haga clic aquí para obtener más información sobre los distintos estándares de EMC.

Otras precauciones para los diseños EMC de PCB

Estos son algunos consejos para ayudar a aumentar el rendimiento de su diseño de PCB de EMC.

1. Primero, tenga cuidado al diseñar o ubicar los diseños de su oscilador. Por lo tanto, debe mantener todos los bucles del tanque del oscilador lejos de los circuitos analógicos, los conectores y las señales de baja velocidad. Recuerde que este consejo se aplica a la PCB de la placa y al espacio de la caja.

2. Además, debes saber que no todas las PCB son iguales. Algunos diseños pueden requerir conectores filtrados para filtrar el ruido. Además, debe atar su conector al chasis y PCB.

3. A continuación, no ejecute líneas ruidosas o de alta velocidad cerca del borde de su tablero. Los rastros ruidosos pueden captar ruido fácilmente, por lo que debe mantenerlos alejados de las áreas que generan ruido. Estas áreas incluyen circuitos de osciladores, controladores de relés, conectores y relés.

4. Además, algunos PCB pueden requerir filtrado en algunas líneas. Una solución fácil para esto son las perlas de ferrita. Las perlas de ferrita pueden limitar las señales de alta frecuencia y funcionan para desacoplar las líneas de suministro.

5. Recuerde mantener los conjuntos de cables lejos de un oscilador o una sección con una microcomputadora en su diseño. Los conjuntos de cables pueden degradar el rendimiento de su EMC porque captan y transmiten ruido por todo el circuito.

Diferencia entre EMI y EMC?

Como se mencionó anteriormente, EMI es cualquier ruido que corrompe otras señales que transmiten o reciben datos o información.

Además, hay dos formas en que puede ocurrir EMI. Uno es a través del aire y el otro ocurre cuando un conductor lo transfiere a otro material (EMI conductivo).

Por el contrario, EMC es la capacidad de un dispositivo para soportar niveles peligrosos de EMI y seguir funcionando normalmente. Los dispositivos con un buen estándar EMC no generarán EMI intolerable y no tendrán señales y operaciones interrumpidas.

Redondeando hacia arriba

Diseño de PCB

La interferencia electromagnética es un fenómeno poderoso que podría provocar la pérdida de información y graves interrupciones del sistema. Es similar al pulso electromagnético ficticio que puede interrumpir todos los dispositivos electrónicos dentro del alcance.

Sin embargo, podemos contrarrestar EMI con tableros compatibles con EMC. Estas placas tienen una inmunidad específica que las protege de las interrupciones de la señal. Los PCB de EMC tampoco generan altos niveles de EMI, por lo que no afectan a los dispositivos que los rodean.

¿Quiere construir un PCB de EMC para su próximo proyecto? Asegúrese de ponerse en contacto con nosotros y estaremos encantados de ayudarle.