As regras básicas para EMC de PCBs de sinal misto são.
- Faça o caminho da corrente mais próximo da fonte e o mais compacto possível para que a área do loop seja a menor possível.
- Fornecer apenas um plano de terra de referência para um sistema; caso contrário, é equivalente a criar intencionalmente uma antena dipolo.
Imagine uma PCB de circuito conversor de alta frequência onde a tensão e a corrente de entrada são sinais analógicos. As chaves no conversor começam a chavear com a aplicação de um sinal de relógio digital. O circuito de alimentação no conversor é analógico e o circuito de controle é digital.
A placa de circuito impresso conversora é uma placa de circuito impresso de sinais mistos porque lida com sinais analógicos e digitais. Em uma PCB de sinal misto, os sinais analógicos e digitais precisam ser fisicamente separados em um processo conhecido como "particionamento".
Projetar um PCB de sinal misto é um desafio porque os componentes analógicos e digitais têm diferentes correntes, tensões e classificações de potência. No entanto, seguir algumas regras básicas de design ajudará a simplificar o particionamento e o layout de PCBs de sinal misto.
Os designers devem particionar os PCBs de sinal misto e projetar layouts com cuidado
Alcançar a compatibilidade eletromagnética (EMC) é uma questão de grande preocupação para os projetistas de PCB de sinal misto. Quando os sinais analógicos e digitais coexistem em um PCB sem isolamento, eles provavelmente se misturam, causando diafonia e interferência eletromagnética. Por exemplo, as correntes de terra da lógica digital podem contaminar sinais analógicos de baixo nível em uma PCB de sinal misto. Isso pode levar a erros no circuito de realimentação, falhas no sistema de controle e harmônicos na forma de onda de saída. Nesses casos, a compatibilidade eletromagnética da PCB de sinal misto fica comprometida, resultando em desempenho insatisfatório do produto. O particionamento adequado e o layout adequado ajudam a manter os sinais digitais e analógicos isolados e impedem que eles interfiram entre si, reduzindo bastante a interferência.
Ao particionar e fazer o layout de PCBs de sinal misto, duas regras devem ser seguidas.
1. Mantenha o caminho da corrente mais próximo da fonte e o mais compacto possível para que a área do loop seja a menor possível.
2. Forneça apenas um plano de aterramento de referência para um sistema; caso contrário, é equivalente a criar intencionalmente uma antena dipolo.
Essas duas regras são consideradas os princípios básicos de particionamento de PCB de sinal misto e design de layout. Aqui, vamos aprender mais sobre essas duas regras de ouro.
Regra 1. Mantenha o caminho atual localizado e compacto
Todo sinal que flui no PCB retorna à fonte através do plano de terra. As linhas de sinal e as linhas de retorno formam um loop de corrente no PCB. De acordo com a primeira regra mencionada acima, as linhas de retorno devem ser dispostas de forma que fiquem adjacentes à fonte do sinal, criando uma área mínima de loop.
P: Por que esta configuração é recomendada e por que isso reduz a interferência eletromagnética?
Todas as correntes de retorno preferem fluir através de rotas de baixa impedância. Quando a linha de retorno está localizada diretamente abaixo da linha de sinal, a malha de corrente tem a menor impedância. Quando a linha de sinal e sua linha de retorno formam um grande laço, um caminho de alta impedância é formado. Isso é causado pela capacitância e indutância parasitas no circuito de corrente.
Quando as linhas de sinal e retorno estão distantes, a capacitância parasita tem um valor alto, aumentando a impedância do loop. Há também uma relação entre a indutância do loop e a distância que a carga percorre, o que aumenta ainda mais a impedância do caminho. Quando o loop é grande, a carga que sai da fonte precisa percorrer uma longa distância para atingir o solo. Isso aumenta a indutância do circuito de corrente, que por sua vez aumenta a impedância.
Quando os sinais analógicos de alta frequência fluem através de grandes loops de corrente com alta impedância, eles emitem radiação e causam interferência. Da mesma forma, os sinais analógicos de baixo nível são mais suscetíveis à interferência eletromagnética ao fluir através de loops de corrente de alta impedância. Além disso, as linhas de sinal e retorno formam uma antena circular que agrava o problema de EMI. Portanto, queremos tornar o loop de corrente curto, localizado e compacto.
Regra 2. Necessidade de um plano de terra de referência único
O plano de aterramento dividido é uma maneira de isolar o aterramento digital e analógico. Neste método, os planos de aterramento são separados uns dos outros e não é possível conectar na divisão. Em tais PCBs onde os planos de aterramento são separados um do outro, os dois planos de aterramento são conectados apenas próximo à fonte de alimentação, formando um grande circuito de corrente, o que não é favorável para projetos de PCB com interferência eletromagnética não sensível. Além disso, os planos de terra analógicos e digitais estão em diferentes potenciais, e os longos fios colocados nesses planos formam uma verdadeira antena dipolo que emite radiação eletromagnética.
Com todos esses fatores em mente, particionar o PCB de sinal misto é a abordagem ideal. O particionamento mantém o plano de aterramento de referência comum. Os sinais analógicos são roteados na seção analógica e os sinais digitais são roteados na seção digital, para que os sinais fiquem em seu próprio lugar.
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