Con base en la definición del modelo de línea de transmisión delineada en el artículo anterior, Las líneas de transmisión introducen los siguientes efectos en el diseño general del circuito:
- Señales reflejadas
- Errores de retardo y sincronización
- Conmutación falsa
- Sobreimpulso/subimpulso
- Ruido inducido (o diafonía)
- Radiación de interferencia electromagnética (EMI)
1. Señales reflejadas
Si una pista no está correctamente terminada (adaptación de impedancia), los pulsos de señal del extremo conductor se reflejan en el extremo receptor. Esto induce efectos no deseados, distorsionando el perfil de la señal. Cuando la distorsión es grave, puede causar diversos errores que conducen a fallos de diseño. Simultáneamente, la señal distorsionada se vuelve más susceptible al ruido, lo que contribuye aún más a los fallos de diseño. Si estos factores no se abordan adecuadamente, la EMI aumentará significativamente, afectando no solo al diseño en sí, sino que podría causar fallos en todo el sistema.
Causas principales de señales reflejadas: trazas excesivamente largas; terminación desigual de las líneas de transmisión; capacitancia o inductancia excesiva; y desajuste de impedancia.
2. Errores de retardo y sincronización
El retraso de la señal y los errores de temporización se manifiestan cuando las señales no logran la transición durante un período mientras fluctúan entre los umbrales de nivel lógico. Un retraso excesivo puede causar errores de temporización y mal funcionamiento del dispositivo.
Los problemas suelen surgir con varios receptores. Los diseñadores de circuitos deben determinar los retardos más graves para garantizar la precisión del diseño. Causas del retardo de la señal: sobrecarga del controlador, trazas excesivamente largas.
3. Errores de cruce de niveles lógicos múltiples
Las señales que oscilan cerca de los umbrales de nivel lógico pueden cruzar repetidamente estos límites, lo que provoca este tipo de error. Los errores de cruce de nivel lógico múltiples representan una forma específica de oscilación de la señal cerca de los umbrales lógicos, lo que altera la funcionalidad lógica. Causas de las señales reflejadas: Trazas excesivamente largas, líneas de transmisión sin terminación, capacitancia o inductancia excesivas y desajuste de impedancia.
4. Sobreimpulso y subimpulso
Los sobreimpulsos y subimpulsos se deben a trazas excesivamente largas o transiciones de señal demasiado rápidas. Aunque la mayoría de los componentes incorporan diodos de protección de entrada en sus extremos receptores, estos niveles de sobreimpulso a veces pueden superar con creces el rango de tensión de alimentación del componente, lo que provoca daños.
5. Diafonía
La diafonía se produce cuando una señal transmitida en una línea induce una señal relacionada en una línea adyacente en la PCB.
La diafonía se reduce cuando las líneas de señal están más cerca de los planos de tierra y al aumentar el espaciado entre líneas. Las señales asíncronas y las señales de reloj son más propensas a la diafonía. Por lo tanto, los métodos de desacoplamiento implican reubicar la señal que causa la diafonía o apantallar la señal gravemente afectada.
6. Radiación electromagnética
La EMI (Interferencia Electromagnética) abarca problemas relacionados con la radiación electromagnética excesiva y la sensibilidad a dicha radiación. La EMI se manifiesta cuando un sistema digital emite ondas electromagnéticas a su entorno al encenderse, lo que interrumpe el funcionamiento normal de los equipos electrónicos cercanos. Las causas principales son frecuencias de operación excesivamente altas y un diseño/enrutamiento inadecuado. Si bien existe software de simulación de EMI, estas herramientas son costosas y la configuración de los parámetros de simulación y las condiciones de contorno es compleja, lo que afecta directamente la precisión y la practicidad. El enfoque más común consiste en aplicar reglas de diseño para el control de EMI en cada etapa, lo que permite un control basado en reglas durante todo el proceso de diseño.
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