Basándonos en la definición del modelo de línea de transmisión descrita en el artículo anterior, Las líneas de transmisión introducen los siguientes efectos en el diseño general del circuito:
- Señales reflejadas
- Retraso y errores de sincronización
- Cambio falso
- Sobreimpulso/Subimpulso
- Ruido inducido (o diafonía)
- radiación de interferencia electromagnética (EMI)
1. Señales reflejadas
Si una pista no está correctamente terminada (adaptada de impedancia), los pulsos de señal del extremo emisor se reflejan en el extremo receptor. Esto induce efectos no deseados, distorsionando el perfil de la señal. Cuando la distorsión es severa, puede causar diversos errores que llevan a fallos en el diseño. Simultáneamente, la señal distorsionada se vuelve más susceptible al ruido, lo que contribuye aún más a los fallos del diseño. Si estos factores no se abordan adecuadamente, la interferencia electromagnética (EMI) aumentará significativamente, afectando no solo al diseño en sí, sino también pudiendo causar fallos en todo el sistema.
Causas principales de las señales reflejadas: trazas excesivamente largas; terminación inadecuada de las líneas de transmisión; capacitancia o inductancia excesiva; y desajuste de impedancia.
2. Retraso y errores de sincronización
Los errores de retardo y sincronización de la señal se manifiestan como fallos en la transición de las señales durante un período determinado, mientras fluctúan entre los umbrales de nivel lógico. Un retardo excesivo puede provocar errores de sincronización y el mal funcionamiento del dispositivo.
Los problemas suelen surgir con múltiples receptores. Los diseñadores de circuitos deben determinar los retardos máximos para garantizar la corrección del diseño. Causas del retardo de la señal: sobrecarga del controlador, pistas 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 múltiple representan una forma específica de oscilación de la señal cerca de los umbrales lógicos, lo que interrumpe la funcionalidad lógica. Causas de las señales reflejadas: trazas excesivamente largas, líneas de transmisión sin terminar, capacitancia o inductancia excesivas y desajuste de impedancia.
4. Sobreimpulso y subimpulso
Las sobretensiones y subtensiones se deben a trazas excesivamente largas o a transiciones de señal demasiado rápidas. Aunque la mayoría de los componentes incorporan diodos de protección de entrada en sus extremos receptores, estos niveles de sobretensión a veces pueden superar con creces el rango de tensión de la fuente de alimentación del componente, provocando daños.
5. Diafonía
La diafonía se produce cuando una señal transmitida por una línea induce una señal relacionada en una línea adyacente de la placa de circuito impreso.
La diafonía se reduce cuando las líneas de señal están más cerca de los planos de tierra y cuando aumenta la separación 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 más afectada.
6. Radiación electromagnética
La interferencia electromagnética (EMI) abarca los problemas relacionados con la radiación electromagnética excesiva y la sensibilidad a dicha radiación. La EMI se manifiesta cuando un sistema digital emite ondas electromagnéticas al encenderse, interrumpiendo el funcionamiento normal de los equipos electrónicos cercanos. Las principales causas son las frecuencias de operación excesivamente altas y un diseño/enrutamiento inadecuado. Si bien existen programas de simulación de EMI, estas herramientas son costosas y la configuración de los parámetros de simulación y las condiciones límite resulta compleja, lo que afecta directamente a la precisión y la practicidad. El enfoque más común consiste en aplicar reglas de diseño para el control de la EMI en cada etapa, lo que permite un control basado en reglas durante todo el proceso de diseño.
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