Estrategias integrales para la puesta a tierra de PCB y mitigación de EMI

Hoy en día, todo tipo de productos electrónicos han penetrado en todos los rincones de la vida, impulsando el rápido desarrollo de PCB como núcleo de dispositivos. El funcionamiento normal, seguro y estable de dispositivos depende en gran medida del diseño de PCB. En el proceso de diseño, el eslabón más importante es el diseño de puesta a tierra y antiinterferencia. Hasta ahora, los diseñadores tienen sus propias opiniones sobre puesta a tierra y antiinterferencia, y tanto métodos como tecnologías progresan constantemente, proporcionando seguro significativo para operación estable y segura. Este artículo discute estrategias de antiinterferencia y puesta a tierra para PCB.

Puesta a tierra de señales digitales y analógicas

En el diseño de PCB, no se distingue estrictamente áreas de señales digitales o analógicas. Otro ejemplo: en un circuito, como sección pública, es difícil juzgar a qué sección pertenece la alimentación. El método común es distinguir circuitos digitales de analógicos y trazarlos en áreas diferentes. Pero, ¿cómo diseñar la sección que no puede distinguirse estrictamente, como la alimentación? La esencia de distinguir señales analógicas de digitales radica en la propiedad del chip: si es analógico o digital. La alimentación pertenece a sección analógica cuando alimenta circuitos analógicos, y a digital cuando alimenta chip digital. Cuando ambas secciones usan la misma alimentación simultáneamente, se aplica el método de puente para derivar alimentación de otra parte. Este sistema antiinterferencia es común ahora. En realidad, solo funciona en algunos sistemas pequeños o PCB. Sin embargo, en sistemas de circuitos grandes, suelen causarse muchos problemas potenciales, especialmente en sistemas complejos donde son tan prominentes que provocan problemas EMI en enrutado por distribución de espaciado. Por ejemplo, al aplicar un convertidor A/D típico, los fabricantes sugieren conectar AGND y DGND del convertidor a tierra de baja impedancia mediante el cable más corto. Con el método mencionado, las dos tierras se conectan mediante puente de conexión con ancho equivalente al IC bajo el convertidor.

Sin embargo, para sistemas con muchos convertidores A/D, si cada uno se procesa así, se generan conexiones multipunto, perdiendo sentido el aislamiento entre tierra digital y analógica. Para resolverlo, se debe aplicar tierra de referencia (earth ground) dividiéndola en tierra digital y analógica, cumpliendo requisitos de fabricantes y reduciendo EMI lo máximo posible.

Análisis de antiinterferencia de señales de alta frecuencia

En diseño de PCB con señales de alta frecuencia, cualquier metal o pista puede considerarse un componente formado por resistencia, inductancia y capacitancia. Una pista impresa de 25 mm en PCB genera inductancia de 15-20 nH. Por tanto, debe aplicarse estrategia de puesta a tierra multipunto para que cada sistema se conecte a la línea de tierra adyacente con la menor impedancia. Además, se debe reducir impedancia e inductancia entre líneas de tierra y disminuir acoplamiento mutuo entre circuitos causado por capacitancia distribuida. El método más simple de puesta a tierra multipunto es el recubrimiento de cobre completo. Los puntos de tierra de componentes se conectan al cobre y el plano de tierra que cubre la mayor parte del PCB proporciona un plano de referencia con impedancia extremadamente baja, evitando acoplamiento de alta frecuencia innecesario entre componentes y circuitos unitarios.

Tierra digital y analógica deben procesarse independientemente en PCB de alta frecuencia. Los niveles de tierra de líneas de señal digital de alta frecuencia suelen diferir y a menudo hay desviación de voltaje entre ellos. Además, líneas de tierra digital de alta frecuencia contienen ricos componentes armónicos. Cuando se conectan directamente con líneas de tierra analógica, los armónicos interfieren con señales analógicas por acoplamiento de tierra. Comúnmente, las tierras digitales de alta frecuencia deben separarse de las analógicas mediante interconexión en un punto en posición adecuada o mediante interconexión con cuenta magnética de alta frecuencia.

Análisis de antiinterferencia de señales de alta frecuencia

En diseño de PCB, la disposición de componentes y el grosor de pistas están muy relacionados con interferencia, requiriendo tecnología profesional y plena capacidad de reconocimiento de diseñadores. La antiinterferencia en diseño de PCB está relacionada con el rendimiento de aplicación de productos electrónicos. La lista de reglas presentada es un resumen de experiencia práctica de diseñadores, definitivamente útil para diseñadores de PCB.

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