El enrutamiento de la PCB afecta significativamente su compatibilidad electromagnética. Para garantizar el correcto funcionamiento del circuito en la PCB, el enrutamiento debe optimizarse según las restricciones descritas en este documento. Esto incluye la disposición de los componentes/conectores y los circuitos de desacoplamiento utilizados para ciertos circuitos integrados.
I. Selección del material de PCB
Mediante la selección racional de materiales de PCB y rutas de enrutamiento para circuitos impresos, se pueden lograr líneas de transmisión con bajo acoplamiento con otras líneas. Cuando la distancia d entre los conductores de la línea de transmisión es menor que la distancia a los conductores adyacentes, se puede lograr un menor acoplamiento o una diafonía reducida.
Antes del diseño, se puede seleccionar la forma de PCB más económica según los siguientes criterios:
Requisitos de EMC
· Densidad de PCB
· Capacidades de montaje y fabricación
· Capacidades del sistema CAD
· Costos de diseño
· Cantidad de PCB
· Costos de blindaje electromagnético
Al emplear estructuras de productos con carcasas sin blindaje, se debe prestar especial atención al costo total del producto, el empaquetado de los componentes, la configuración de los pines, el formato de la PCB, el blindaje contra campos electromagnéticos, la construcción y el ensamblaje. En muchos casos, seleccionar un formato de PCB adecuado puede eliminar la necesidad de añadir una caja de blindaje metálica dentro de la carcasa de plástico.
Para mejorar la inmunidad de los circuitos analógicos de alta velocidad y todas las aplicaciones digitales, a la vez que se reduce la radiación dañina, se requieren técnicas de líneas de transmisión. Dependiendo de la conversión de la señal de salida, se deben representar las líneas de transmisión entre S-VCC, S-VEE y VEE-VCC, como se muestra en la Figura 1.
La corriente de señal está determinada por la simetría de la etapa de salida del circuito. Para MOS, IOL = IOH, mientras que para TTL, IOL > IOH.
Función/Tipo lógico ZO(Ω)
Fuente de alimentación (típica) <<10
Lógica ECL 50
Lógica TTL 100
Lógica HC(T) 200
II. Líneas de señal y bucles de señal
Las líneas de señal deben colocarse lo más cerca posible de sus bucles de señal para evitar la radiación del área del bucle cerrado y reducir la permeabilidad magnética del voltaje inducido del bucle.
Normalmente, cuando la distancia entre dos líneas es igual al ancho de la línea, el coeficiente de acoplamiento es de aproximadamente 0,5 a 0,6, lo que reduce la autoinducción efectiva de 1 μH/m a 0,4–0,5 μH/m.
Esto implica que la corriente del bucle de señal 40% a 50% fluye libremente hacia otras líneas en la PCB.
Durante una transición de un nivel alto a uno bajo en circuitos lógicos TTL, la corriente de sumidero supera a la corriente de fuente. En estos casos, la línea de transmisión se define típicamente entre Vcc y S, en lugar de entre VEE y S. El uso de anillos de ferrita permite un control total de las corrientes que fluyen tanto en la línea de señal como en la línea de retorno de señal.
En conductores paralelos, la impedancia característica de la línea de transmisión se ve afectada por la ferrita. En cables coaxiales, sin embargo, la ferrita solo influye en los parámetros externos del cable.
Por lo tanto, las pistas adyacentes deben ser lo más estrechas posible, mientras que las pistas apiladas verticalmente deben ser lo contrario (normalmente, con una separación inferior a 1,5 mm/el espesor del epoxi en una placa de doble capa). El enrutamiento debe ubicar cada pista de señal y su ruta de retorno lo más cerca posible (aplicable tanto a las pistas de señal como a las de potencia). Si el acoplamiento entre los conductores de la línea de transmisión es insuficiente, se pueden utilizar anillos de ferrita.
III. Desacoplamiento de CI
El desacoplamiento de circuitos integrados (CI) se logra generalmente únicamente mediante condensadores. Dado que los condensadores son imperfectos, puede producirse resonancia. Por encima de la frecuencia de resonancia, los condensadores se comportan como inductores, limitando la tasa de variación de la corriente (di/dt). Los valores de los condensadores se determinan por la ondulación de tensión admisible de la fuente de alimentación entre los pines del CI. Según la práctica de diseñadores experimentados, la ondulación de tensión debe ser inferior a 25% de la tolerancia al ruido en el peor caso de la línea de señal.
En circuitos lógicos rápidos, si el condensador de desacoplamiento presenta una inductancia en serie significativa (debida a su estructura, cables largos o pistas de la placa de circuito impreso), la capacidad puede resultar ineficaz. En tales casos, se debe añadir un condensador cerámico pequeño adicional (100-100 pF) lo más cerca posible del pin del CI, conectado en paralelo con el condensador de desacoplamiento "LF-". La frecuencia de resonancia del condensador cerámico (incluida la longitud de la pista hasta el pin de alimentación del CI) debe superar el ancho de banda del circuito lógico [1/(π.τr)], donde τr es el tiempo de subida de tensión en el circuito lógico.
Cuando cada CI tiene su propio condensador de desacoplamiento, las corrientes del bucle de señal pueden elegir la ruta más conveniente (VEE o VCC), determinada por el acoplamiento mutuo entre las trazas de señal y las trazas de potencia.
Se forma un circuito resonante en serie entre los dos condensadores de desacoplamiento (uno por CI) y la inductancia Ltrace de la traza de potencia. Esta resonancia solo se produce a bajas frecuencias (<1 MHz) o cuando el factor Q del circuito resonante es bajo (<2).
Al conectar una bobina de choque de alta pérdida de RF en serie entre la red Vcc y el CI que requiere desacoplamiento, la frecuencia de resonancia se puede mantener por debajo de 1 MHz. Si la pérdida de RF es demasiado baja, se puede compensar agregando resistencias en paralelo o en serie.
La bobina de estrangulamiento siempre debe utilizar un núcleo cerrado; de lo contrario, podría convertirse en un transmisor de RF o en un sensor de campo magnético.
Ejemplo: 1 MHz*1 μHz Z1=6,28 Ω Rs=3,14 Ω Q<2 Rp=12,56 Ω
Por encima de la frecuencia de resonancia, la impedancia característica Z0 de la “línea de transmisión” (donde la impedancia del CI se trata como una carga de fuente de alimentación) es igual a: Z0 = √(Ltraza/Cdesacoplamiento).
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