El enrutamiento de la PCB influye significativamente en su compatibilidad electromagnética. Para garantizar el correcto funcionamiento del circuito, el enrutamiento debe optimizarse según las restricciones descritas en este documento. Esto incluye la disposición de componentes y conectores, así como los circuitos de desacoplamiento utilizados para ciertos circuitos integrados.
I. Selección de materiales para PCB
Mediante la selección racional de materiales para PCB y rutas de enrutamiento para circuitos impresos, se pueden lograr líneas de transmisión con bajo acoplamiento a otras líneas. Cuando la distancia d entre los conductores de la línea de transmisión es menor que la distancia a los conductores adyacentes, se consigue un menor acoplamiento o una reducción de la diafonía.
Antes del diseño, se puede seleccionar la forma de PCB más económica en función de los siguientes criterios:
Requisitos de EMC
Densidad de PCB
· Capacidades de ensamblaje y fabricación
· Capacidades del sistema CAD
· Costos de diseño
· Cantidad de PCB
· Costos de blindaje electromagnético
Al utilizar estructuras de carcasa sin blindaje, se debe prestar especial atención al costo total del producto, el empaquetado de componentes, la configuración de pines, el formato de la PCB, el blindaje electromagnético, la construcción y el ensamblaje. En muchos casos, seleccionar un formato de PCB adecuado puede eliminar la necesidad de agregar una caja de blindaje metálico 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, deben representarse 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.
Tipo de función/lógica ZO(Ω)
Fuente de alimentación (típica) <<10
ECL Logic 50
Lógica TTL 100
HC(T) Lógica 200
II. Líneas de señal y bucles de señal
Las líneas de señal deben enrutarse lo más cerca posible de sus bucles de señal para evitar la radiación del área del bucle encerrado y reducir la permeabilidad magnética del voltaje inducido en el bucle.
Normalmente, cuando la distancia entre dos líneas es igual al ancho de la línea, el coeficiente de acoplamiento es aproximadamente de 0,5 a 0,6, lo que reduce la autoinductancia efectiva de 1 μH/m a 0,4–0,5 μH/m.
Esto implica que la corriente del bucle de señal de 40% a 50% fluye libremente hacia otras líneas en la PCB.
Durante una transición de nivel alto a nivel bajo en circuitos lógicos TTL, la corriente de sumidero supera la corriente de fuente. En tales 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 sobre 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 los 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 de la capa de epoxi en una placa de doble capa). El enrutamiento debe colocar cada pista de señal y su retorno lo más cerca posible (esto se aplica tanto a las pistas de señal como a las de alimentación). Si el acoplamiento entre los conductores de la línea de transmisión es insuficiente, se pueden emplear anillos de ferrita.
III. Desacoplamiento de IC
El desacoplamiento de los circuitos integrados (CI) se suele lograr 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). El valor de los condensadores se determina en función de la ondulación admisible de la tensión de alimentación entre las patillas del CI. Según la práctica de diseñadores experimentados, la ondulación de tensión debe ser inferior a 25%, que representa la tolerancia al ruido en el peor de los casos de la línea de señal.
En circuitos lógicos rápidos, si el condensador de desacoplamiento presenta una inductancia en serie significativa (debido a su estructura, terminales largos o pistas en la PCB), su capacitancia puede resultar ineficaz. En tales casos, se recomienda añadir un pequeño condensador cerámico adicional (100-100 pF) lo más cerca posible del pin del circuito integrado, conectado en paralelo con el condensador de desacoplamiento "LF-". La frecuencia de resonancia del condensador cerámico (incluyendo la longitud de la pista hasta el pin de alimentación del circuito integrado) debe superar el ancho de banda del circuito lógico [1/(πτr)], donde τr es el tiempo de subida de la 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 alimentación.
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 se produce únicamente a bajas frecuencias (<1 MHz) o cuando el factor Q del circuito resonante es bajo (<2).
Al conectar una bobina de choque con altas pérdidas de RF en serie entre la red Vcc y el circuito integrado que requiere desacoplamiento, la frecuencia de resonancia puede mantenerse por debajo de 1 MHz. Si las pérdidas de RF son demasiado bajas, pueden compensarse añadiendo resistencias en paralelo o en serie.
La bobina de choque siempre debe utilizar un núcleo cerrado; de lo contrario, podría convertirse en un transmisor de radiofrecuencia 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 resonante, 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 = √(Ltrace/Cdecoupling).
Benchuang Electronics ofrece alta calidad Diseño de PCB y PCB de alta velocidad Servicios. Contáctenos y envíenos sus especificaciones.