PCB EMC: Soluciones Confiables para Mitigar Interferencias Electromagnéticas

¿Has visto una TV interferir con señales de radio antes? ¿O te has preguntado por qué apagas dispositivos electrónicos al abordar un avión? La razón es simple: interferencia electromagnética (EMI). La EMI es un fenómeno bastante común con dispositivos electrónicos. Pero la pregunta aquí es: ¿Cómo controlas la EMI? Ahí es donde entra el PCB EMC. Aunque no puedes eliminar la EMI, puedes reducir su efecto y prevenir interferencias con este diseño de PCB.

Sigue leyendo para aprender más sobre PCBs EMC y cómo diseñarlos.

¿Qué es EMI/EMC en PCB?

Interferencia Electromagnética

La EMI es como una enfermedad que afecta circuitos electrónicos. En efecto, es una perturbación electrónica que corrompe la calidad de señal de cualquier circuito electrónico y causa malfuncionamientos. Además, esta perturbación es energía que viaja por conducción o radiación desde dispositivos electrónicos.

Curiosamente, la EMI puede afectar al dispositivo que crea la perturbación y a otros dispositivos en rango cercano. La interferencia electromagnética puede ocurrir a cualquier frecuencia pero usualmente comienza más allá de 50 MHz.

Dispositivos Electrónicos

Por otro lado, EMC (Compatibilidad Electromagnética) permite a sistemas electrónicos trabajar sin liberar EMI pesada. También permite a un sistema determinar rendimiento óptimo cuando trabaja bajo condiciones seguras.

Todos los dispositivos electrónicos que construyas no deben desviarse de los estándares EMI/EMC. De lo contrario, la EMI afectará continuamente el rendimiento. Por tanto, debes controlar la EMI mientras diseñas tus PCBs.

Además, no es fácil controlar la EMI después de completar tus diseños. Así que, en verdad, gastarás mucho dinero, lo cual podría no solucionar el problema.

Así que diseñar una placa EMC requerirá enfocarse en layout PCB, selección de componentes y diseño de circuito.

Directrices de Diseño para EMI y EMC

Aunque no puedes diseñar un PCB con interferencia electromagnética baja o nula, puedes crear uno que no genere EMI intolerable. Tenemos algunas directrices de diseño que ayudarán a reducir emisiones EM no deseadas.

1. Usa Dispositivos de Montaje Superficial sobre Dispositivos con Patillas

Dispositivos de Montaje Superficial

Cuando quieras cumplir el estándar EMI, SMD será una elección para tus componentes. Los componentes con patillas tienen propiedades de inductancia más altas y generarán frecuencias sobre 100 MHz. Por esta razón, usar varios componentes through-hole en tu placa causaría ruido excesivo.

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

2. Espacia y Diseña tu Layout de Trazas Correctamente

Trazas PCB

Tus PCBs no tendrán compatibilidad de transporte de corriente sin trazas. Pero si hay curvas o cruces en tus caminos, crearía una antena. Y eso es lo que queremos evitar.

Así que aquí hay algunas reglas estándar para diseño de trazas:

• Siempre pon al menos 3W de espacio entre tus trazas (W para ancho). Además, debes separar todas las señales de otras rutas. Con esta regla, puedes minimizar acoplamiento y diafonía entre trazas vecinas.
• No uses curvas de ángulo recto para tus trazas. Puedes usar ángulos de 45 grados en su lugar. ¿Por qué? Porque las curvas de ángulo recto pueden aumentar capacitancia y cambiar valor de impedancia, lo que crea reflexiones.

Trazas en Ángulo Recto

• Intenta mantener tus trazas diferenciales cerca al enrutar. Maximizaría el factor de acoplamiento y controlaría el ruido.

• Usa vias solo cuando sea necesario. Debes intentar evitar usar vias tanto como sea posible.

Las vias pueden causar inductancia parásita debido a la diferencia de impedancia entre ellas y las trazas. Pero si no puedes evitar usar vias, asegúrate de colocar tus vias de tierra cerca de las vias de señal.

Vias PCB

• Los stubs no funcionarán en trazas de alta frecuencia y sensibles. Los stubs generan reflexiones y pueden potencialmente añadir una antena de longitud de onda a tu circuito.

3. Usa Planos de Tierra Adecuados

Debes usar solo planos de tierra con valores de inductancia bajos. De lo contrario, anulará tus esfuerzos para contrarrestar problemas EMC.

Afortunadamente, obtienes un plano de tierra con baja inductancia aumentando el área de tierra de tu PCB. También ayudaría a reducir diafonía y generación EM. Veamos algunos consejos de diseño que recomendamos.

Nota: No conectes aleatoriamente tus componentes a puntos de tierra. No es una buena práctica.

• No hay necesidad de ahorrar espacio en tu plano de tierra. En su lugar, asegúrate de usar cada pulgada para beneficiarte de su valor de inductancia pequeño.
• No siempre puedes usar planos de tierra para PCB de dos capas. Pero puedes usar rejillas de tierra, y la distancia entre ellas determina sus valores de inductancia.
• En verdad, los caminos de retorno largos no son necesarios para PCBs EMC. En su lugar, un camino de retorno corto tiene mejor rendimiento EMC debido a su impedancia más baja.
• Además, aísla entornos ruidosos con anillo de jaula de Faraday. Puedes crear un anillo de jaula de Faraday incluyendo tierra en el borde de la placa. Luego, la jaula evitará que las señales se enruten fuera del límite.
• En verdad, las aperturas divididas pueden arruinar tu circuito, así que ten cuidado cómo las usas. Las aperturas divididas pueden crear áreas no uniformes que aumentan impedancia.
• Asegúrate también de poner circuitos de baja velocidad cerca del plano de potencia y circuitos de alta velocidad cerca del plano de tierra.
• No dejes áreas de relleno de cobre flotantes. Siempre mantenlas conectadas a tierra, o crearás una antena.

4. Cómo Organizar tus Capas PCB

La organización de capas de tu PCB también determina su rendimiento EMC. Si estás diseñando placas de dos o más capas, debes dedicar una capa completa al plano de tierra. Sin embargo, las placas de cuatro capas deberían tener un plano de potencia debajo del plano de tierra.

Aquí hay algunas directrices de diseño para organizar capas PCB:

• Primero, usa rejillas de tierra si no puedes dedicar una capa completa para el plano de tierra en una placa de dos capas.
• Luego, asegura que las trazas de tierra sean paralelas a tus trazas de potencia, especialmente si usas un plano separado.
• Finalmente, si tu diseño PCB tiene más de cuatro capas, recomendamos usar el siguiente arreglo: capa señal - capa tierra - capa potencia - capa señal.

5. Aprovecha el Blindaje.

El blindaje es un método efectivo para contrarrestar emisiones EM. Así que, con materiales conductivos/magnéticos, las cubiertas de blindaje pueden proteger señales de interferencia externa y prevenir pérdida de información.

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

Pero puedes prevenir tales problemas EMI usando blindaje de cables.

6. Separa Todos los Componentes Sensibles

Componentes Electrónicos

No puedes lograr un diseño amigable con EMC agrupando todos los componentes juntos. En su lugar, sepáralos según sus señales de operación, como digital, analógica, baja velocidad, alta velocidad y señales de fuente de alimentación.

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

Estándares EMC

Estándares EMC

Aunque hay diferentes versiones de estándares EMC, la mayoría se inspiran en estándares IEC.

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

• Los dispositivos electrónicos no deben crear y transmitir interferencia electromagnética negativa a otros dispositivos.
• Los dispositivos electrónicos también deben resistir EMI de otros dispositivos.

Haz clic aquí para más información sobre los diversos estándares EMC.

Otras Precauciones para Diseños PCB EMC

Aquí hay algunos consejos para aumentar el rendimiento de tu diseño PCB EMC.

1. Primero, ten cuidado al diseñar o ubicar tus layouts de oscilador. Por tanto, debes mantener todos los bucles de tanque de oscilador lejos de circuitos analógicos, conectores y señales de baja velocidad. Recuerda que este consejo aplica al espacio de la caja y PCB de la placa.

2. Además, debes saber que no todos los PCBs son iguales. Algunos diseños pueden requerir conectores filtrados para filtrar ruido. Además, debes conectar tu conector al chasis y PCB.

3. Luego, no corras líneas de alta velocidad o ruidosas cerca del borde de tu placa. Las trazas ruidosas pueden captar ruido fácilmente, así que debes mantenerlas alejadas de áreas que generan ruido. Estas áreas incluyen circuitos osciladores, controladores de relés, conectores y relés.

4. Adicionalmente, algunos PCBs pueden requerir filtrado en algunas líneas. Una solución fácil son cuentas de ferrita. Las cuentas de ferrita pueden limitar señales de alta frecuencia y funcionan para líneas de desacoplamiento de alimentación.

5. Recuerda mantener ensamblajes de cables lejos de un oscilador o una sección con microcomputadora en tu diseño. Los ensamblajes de cables pueden degradar el rendimiento de tu EMC porque captan y transportan ruido por todo tu circuito.

Diferencia entre EMI y EMC

Como se mencionó, EMI es cualquier ruido que corrompe otras señales transmitiendo o recibiendo datos o información.

Además, hay dos formas en que la EMI puede ocurrir. Una es por el aire, y la otra cuando un conductor la transfiere a otro material (EMI conductiva).

En contraste, EMC es la capacidad de un dispositivo para soportar niveles peligrosos de EMI y seguir operando normalmente. Dispositivos con buen estándar EMC no generarán EMI intolerable y no tendrán señales y operaciones disruptivas.

Resumen

Diseño PCB

La interferencia electromagnética es un fenómeno poderoso que podría causar pérdida de información y severas disrupciones del sistema. Es similar al pulso electromagnético ficticio que puede disrumpir todos los dispositivos electrónicos dentro del rango.

Sin embargo, podemos contrarrestar la EMI con placas amigables con EMC. Estas placas tienen una inmunidad específica que las protege de disrupciones de señal. Los PCBs EMC tampoco crean altos niveles de EMI, así que no afectan los dispositivos a su alrededor.

¿Quieres construir un PCB EMC para tu próximo proyecto? Asegúrate de contactarnos y estaremos felices de ayudar.