Como reduzir EMI no design de PCB?

Interferência eletromagnética (EMI) é um tipo de interferência eletromagnética, em que a energia é transmitida de um dispositivo eletrônico para outro através de radiação/condução, e destrói a qualidade do sinal, causando falhas. Existe em quase todos os cantos de nossas vidas. Por exemplo, quando nosso celular está perto de um rádio em funcionamento, ouviremos um zumbido, que é interferência eletromagnética. Este problema sempre incomodou os designers de PCB, que devem garantir que os produtos eletrônicos que projetam possam estar em conformidade com EMC(Compatibilidade eletromagnética). Na verdade, é difícil evitar completamente a interferência eletromagnética, mas podemos reduzir a EMI tanto quanto possível durante o processo de design. Neste artigo, listamos várias regras de projeto importantes para reduzir a interferência eletromagnética em PCBs. Vamos mergulhar de cabeça.

O que causa interferência eletromagnética em PCB?

Existem vários fatores, que contribuem para a geração de interferência eletromagnética em PCB:

• Devido à sua alta taxa de transições de estado, circuitos digitais de alta frequência, incluindo microprocessadores e dispositivos de memória, podem ser a causa comum.
• Fontes de alimentação chaveadas e transistores de comutação rápida são os principais emissores de radiação EMI devido às suas rápidas variações de corrente..
• Se os traços de sinal forem projetados ou roteados de maneira inadequada, especialmente aqueles que transportam sinais de alta frequência, eles se tornam uma fonte de EMI, pois atuam como antenas.
• Loops no nível do solo e aterramento deficiente também são fontes de EMI devido a correntes de interferência. Quando os planos de potência não estão unidos perfeitamente, eles criam descontinuidades de impedância, levando ainda mais a reflexões de sinal e EMI.
• Esses problemas podem ser agravados pelo posicionamento inadequado do componente e pela blindagem inadequada., é por isso que EMI é um dos principais desafios do design de PCB.

Por que é importante reduzir a EMI?

primeiramente, está em conformidade com as medidas regulatórias como o uso dos regulamentos da FCC e a marcação CE que é obrigatória nos mercados onde os dispositivos eletrônicos são vendidos. O não cumprimento das diretrizes pode resultar em aumento de despesas, como redesenho, entrada tardia do produto no mercado, e possivelmente problemas legais.
Em segundo lugar, a redução da EMI melhora o desempenho e a qualidade dos itens eletrônicos em uso. Altos níveis de EMI podem afetar a qualidade do sinal a um nível indesejável, resultando em corrupção de dados, falhas sistêmicas ou falha total do dispositivo. Em aplicações sensíveis, como equipamentos médicos ou eletrônicos automotivos, tais problemas podem ser fatais.
Além disso, a diminuição da EMI resulta numa melhor experiência do utilizador, uma vez que o funcionamento dos respetivos dispositivos não é afetado por outros dispositivos nas proximidades, como, por exemplo, um telemóvel a interferir com um rádio.
Finalmente, um bom design EMI também resulta no aumento da eficiência energética e da dissipação de calor, traduzido como maior duração da bateria em produtos portáteis, e aumento da vida útil do produto.

Princípios-chave de projeto de redução de interferência eletromagnética

Problemas comuns de EMC com PCBs estão basicamente relacionados a falhas de projeto decorrentes de interferência de traços, circuitos, vias, e outros recursos relacionados no quadro. Esta seção apresentará princípios básicos de design de PCB e práticas recomendadas de vários aspectos diferentes para reduzir problemas de interferência eletromagnética.:

1. Plano de terra

• Maximizar a área do terreno:Em uma grande área terrestre, os sinais podem ser dispersos mais facilmente para reduzir diafonia e ruído. Portanto, precisamos aumentar a área de solo dentro do PCB tanto quanto possível. Se a camada de solo for muito pequena, podemos criar um PCB multicamadas.
• Use planos de aterramento divididos com cuidado: A divisão deve ser feita de forma seletiva porque se os planos de corte estiverem mal posicionados, é possível obter antenas slot, o que aumentará a radiação EMI.
• Minimize conexões entre planos de aterramento separados: Idealmente, vincular planos terrestres divididos em apenas um local. Vários pontos de conexões de aterramento podem ser problemáticos porque introduzem loops, o que, por sua vez, significa emissões adicionais do seu PCB.
• Otimizando o posicionamento do capacitor de bypass: Soldar bypass ou desacoplar capacitores ao plano de terra de maneira apropriada com caminhos de corrente de retorno e tamanhos de loop minimizados, de modo a reduzir o EMI.

2. Layout de rastreamento

• Projeto de dobra: Substitua curvas acentuadas de 90 graus por ângulos arredondados ou de 45 graus. Isso ajuda a manter uma impedância consistente e reduz reflexões de sinal.
• Separação de Sinal: Pode ser desejável filtrar sinais de alta velocidade (como por exemplo linhas de relógio) dos de baixa velocidade. É aconselhável que os sinais analógicos e digitais sejam separados para reduzir o nível de interferência.
• Otimização do caminho de retorno: Design curto, caminhos de retorno diretos para minimizar as áreas de loop e, portanto, minimizar o EMI.
• Roteamento Diferencial de Pares: Direcione trilhas diferenciais próximas para obter melhor acoplamento e mover o ruído para o modo comum, o que é menos problemático para entradas diferenciais.
• Através do uso: Ao projetar o PCB vias, isso deve ser feito com sabedoria porque as vias causam um aumento na amplitude do sinal e trazem indutância e capacitância adicionais. Para o caso de pares diferenciais, deve-se tentar minimizar ao máximo o uso de vias. Somente em caso de necessidade utilize um anti-pad oval comum para reduzir a capacitância parasita.

3. Arranjo de Componentes

• Analógico e Digital Separados:Se você tiver circuitos analógicos e digitais no mesmo projeto, proteja os circuitos analógicos dos circuitos digitais e use tantas camadas quanto possível com aterramentos separados.
• Proteja o analógico contra alta velocidade:Aplique alguma proteção blindando os circuitos analógicos com os sinais de terra. Em PCBs multicamadas, coloque planos de terra entre os traços analógicos e os sinais de alta velocidade.
• Gerenciar componentes de alta velocidade: Reduza e segregue rapidamente, peças pequenas que geram mais EMI. Minimize o acoplamento de sinais de alta velocidade e garanta que eles sejam curtos e localizados próximos aos planos de aterramento.

4. Blindagem EMI
   

Se a eliminação completa do EMI não for possível, é preciso optar por PCB blindagem. Placas de circuito inteiras são mantidas longe de fontes EMI com a ajuda de blindagens externas, como gaiolas de Faraday., e blindagens internas isolam componentes sensíveis específicos dentro das placas. Blindagem de cabos, usando revestimentos condutores ou coberturas trançadas, ajuda a conter sinais de alta frequência e reduzir a transmissão EMI.

Pensamentos finais

Em conclusão, reduzir a interferência eletromagnética é um aspecto crítico do projeto de PCB que não pode ser negligenciado. Com uma compreensão das causas da EMI e das técnicas de design aplicadas, um engenheiro pode produzir circuitos de melhor funcionamento no PCB que podem operar com segurança contra os riscos de EMI. Como os dispositivos eletrônicos modernos estão se tornando cada vez mais sofisticados e estão praticamente em todos os cantos de nossas vidas, isto também significa que o problema da EMI continuará a ser cada vez mais crítico no futuro. Embora os problemas de redução da EMI possam ser complexos, trabalhar com especialistas confiáveis ​​em design de PCB pode mudar a situação para melhor. Esse é o lugar do MOKO que entra na foto. Usando nosso know-how em design de PCB de alto desempenho, estamos prontos para ajudá-lo a resolver os problemas associados à redução de EMI e a ajudá-lo a alcançar a compatibilidade eletromagnética. Entre em contato com a MOKO Tecnologia agora mesmo!