Tres estrategias clave de diseño para EMC óptimo en PCBs de portátiles

Cuando se trata de PCBs de portátiles, generalmente se selecciona una placa de circuito de 6 u 8 capas. Basándose en consideraciones de coste, sin embargo, el PCB de 6 capas es una selección óptima para los diseñadores de PCB. Lamentablemente, el diseño EMC (Compatibilidad Electromagnética) para PCB de 6 capas ha estado plagando a los diseñadores de placas.

El diseño de desarrollo de portátiles es un procedimiento tan complejo que el diseño EMC debe considerarse cuidadosamente desde el principio hasta el final. De hecho, el logro óptimo de EMC depende de tres consideraciones clave que se introducirán y discutirán en detalle en este artículo.

Primera consideración: Diseño del esquema

Durante el proceso de diseño de PCB de portátil, el primer paso es implementar el diseño del esquema, es decir, el arreglo general y la distribución macro de los productos deben determinarse antes del desarrollo auténtico, incluyendo posiciones de chips y agujeros. Luego, el ingeniero de EMC realizará una evaluación de EMC para ajustar las posiciones de los chips y los requisitos de los agujeros para hacerlos conformes a los requisitos de EMC, como posiciones de puente y posición del chip de reloj y trazado. Se puede dibujar un boceto de PCB de portátil para llevar a cabo mejor la evaluación de EMC.

La evaluación de EMC cubre principalmente los siguientes aspectos:
• Posición de trazado y enrutado. Se debe inspeccionar el enrutado de cables de conexión entre LCD y placa base o el enrutado de conectores FFC-FPC.
• Inspección del límite de altura del PCB. Los cables de señal de alta velocidad no pueden disponerse en el área de altura cero, que se refiere a la placa de circuito junto con configuraciones ambientales. Las configuraciones ambientales contienen HDD, ODD, etc.
• Inspección del área de blindaje de la carcasa. Las líneas de señal de alta velocidad no pueden disponerse en área de exposición o área con división, porque reducen la eficiencia de blindaje, como la posición del teclado, la cubierta de memoria, etc.
• Inspección de la tapa del portátil. Incluye cubierta de hardware y cubierta de memoria para que el punto de tierra pueda conectarse con el blindaje de la carcasa cada 30 mm.
• Inspección de la puesta a tierra de pequeños PCBs en cada unidad - Se debe garantizar una conexión perfecta entre los pequeños PCBs en cada unidad y la tierra a través de tornillos, para evitar una gran impedancia de tierra y detener las señales de ruido de radiar al espacio.
• Se debe mantener un punto de tierra reservado para algunos circuitos especializados para asegurar una baja impedancia de tierra.
• Inspección del área de ruido de alimentación. La inestabilidad del área de alimentación llevará a todo el diseño al fracaso o alejará a los chips de la estabilidad al proporcionar alimentación inestable a cada chip con la perturbación generada.
• Una regla con la mayor significancia es que el diseño de los chips principales en el PCB y su tendencia de trazado deben confirmarse e inspeccionarse.

Segunda consideración: Diseño de PCB

El diseño de PCB es un eslabón tan significativo en la lucha por la EMC que un excelente diseño de PCB es la precondición para el logro óptimo de EMC. El diseño de PCB sin EMC tomado en consideración, sin duda, impulsará un desperdicio de dinero y tiempo. La primera pregunta que un diseño de PCB debe hacerse es cómo se genera la interferencia electromagnética (EMI) y por qué se transmite. El diseño óptimo de PCB no se obtendrá a menos que ambas preguntas sean respondidas con precisión. La respuesta a esas preguntas se discutirá en la siguiente parte de este artículo. Una regla de diseño de PCB ideal dice: la EMC debe considerarse al comienzo del diseño y la racionalidad del diseño debe mantenerse. Además, la tecnología de trazado con bajo coste se aplica mejor. Las reglas de diseño detalladas para la placa de circuito impreso incluyen:

• Los cables de señal de alta velocidad no pueden colocarse debajo de los conectores y el circuito de alimentación debe estar lejos de los conectores.
• Los cables de señal de alta velocidad no pueden colocarse en el borde del PCB en ningún plano y el espaciado entre el borde de la placa y esos cables debe ser de al menos 50 mils.
• Los cables de señal USB, LAN, tarjeta PCI deben estar lejos de los cables de señal de alta velocidad tanto como sea posible o protegidos con cables de tierra. Además, los agujeros de tierra deben diseñarse razonablemente.
• Los cables de señal de alta velocidad deben colocarse en capas internas.
• Dado que el micrófono/auriculares MIC son circuitos analógicos, deben aislarse de otros circuitos tanto como sea posible.
• Los cables de señal de reloj deben disponerse en capas internas después de salir del IC y deben aislarse de los cables de señal en la interfaz I/O y otras trazas. Los cables de señal de reloj deben disponerse cerca del plano de tierra de referencia para que el efecto de imagen pueda mejorarse. Además, la conexión terminal RC debe estar disponible cuando todas las trazas de señal de reloj estén cerca de la fuente de reloj.
• El diseño de alimentación y tierra debe ser lo más compacto posible con los problemas de bucle reducidos. El ancho del foso entre alimentaciones es de 15 mil con el plano de tierra completo que no contiene trazado. La tierra dividida debe reducirse, ya que demasiada división aumentará la impedancia de tierra.
• La aplicación razonable del condensador de desacoplo también es una preocupación clave en el diseño de PCB. Los cables de señal de alta velocidad deben prohibirse de ir de la capa superior a la inferior y se deben establecer agujeros de tierra para reducir la impedancia de tierra. Además, el condensador de desacoplo debe añadirse a los terminales del IC y a cada capa de alimentación. Al menos, la posición del condensador de desacoplo debe reservarse con antelación.
• Los componentes anti-EMI deben aplicarse adecuadamente basándose en su aplicación y precio.

Tercera consideración: Inspección de PCB

En primer lugar, un concepto debe arraigarse en la mente del ingeniero que la impedancia en el espacio libre con alta frecuencia es 377 ohm. Cuando se trata de la radiación espacial de EMI ordinaria, porque el bucle de señal alcanza una etapa donde puede ser equivalente a la impedancia del espacio, la señal se radia desde el espacio. Para entender este punto, es de mucha necesidad reducir la impedancia del bucle de señal.

Para controlar la impedancia del bucle de señal, el método principal reside en la reducción de la longitud de la señal y la reducción del área del bucle. Además, se debe realizar una conexión terminal adecuada para controlar la reflexión del bucle. De hecho, un método para controlar el bucle de señal reside en la puesta a tierra de la señal clave. Dado que el trazado en sí presenta impedancia en alta frecuencia, es mejor aprovechar la tierra o cables de tierra para conectar a tierra a través de agujeros through-hole un par de veces. Muchos diseños como esos tienen éxito en evitar la superación de radiación de señales de reloj.

Además, para evitar que las señales pasen por áreas divididas, muchos ingenieros particionan la tierra por señales pero olvidan hacerlo durante el proceso de trazado. Como resultado, el bucle de señal cubre un área grande, aumentando la longitud de la traza.

Cuando se trata de la parte de transmisión de EMI, es vital aplicar razonablemente el condensador de bypass y el condensador de desacoplo. El condensador de bypass tiene que disponerse en los pines de alimentación del chip y cables de tierra con los cables más pequeños. El condensador de desacoplo debe disponerse en un lugar donde el cambio de demanda de corriente sea el más alto, para evitar que el ruido se acople desde los cables de alimentación y tierra debido a la impedancia de trazado. Por supuesto, lo magnético puede usarse para absorber el ruido. El inductor a veces puede usarse para filtrar el ruido también. Sin embargo, debe notarse que el inductor presenta un rango de respuesta de frecuencia y el encapsulado también determina su respuesta de frecuencia.

Recursos útiles:
• Influencia del diseño PCB en el rendimiento EMC de productos electrónicos
• Garantizar el éxito a la primera en el diseño EMC de PCB
• Reglas de diseño de particionado PCB para mejora de EMC
• La introducción más completa de herramientas automatizadas EMI y EMC
• Técnica de montaje de PCB de portátil
• Servicio completo de fabricación de PCB de PCBCart - Múltiples opciones de valor añadido
• Servicio avanzado de montaje de PCB de PCBCart - A partir de 1 pieza