Las reglas básicas para EMC de PCB de señal mixta son.
- Haga que la ruta de corriente sea más cercana a la fuente y lo más compacta posible para que el área del bucle sea lo más pequeña posible.
- Proporcionar solo un plano de tierra de referencia para un sistema; de lo contrario, es equivalente a crear intencionalmente una antena dipolo.
Imagine un PCB de circuito convertidor de alta frecuencia donde el voltaje y la corriente de entrada son señales analógicas. Los interruptores del convertidor comienzan a cambiar con la aplicación de una señal de reloj digital. El circuito de alimentación del convertidor es analógico y el circuito de control es digital.
El PCB convertidor es un PCB de señal mixta porque maneja señales analógicas y digitales. En una PCB de señal mixta, las señales analógicas y digitales deben separarse físicamente en un proceso conocido como "particionamiento".
Diseñar una PCB de señal mixta es un desafío porque los componentes analógicos y digitales tienen diferentes corrientes, voltajes y potencias nominales. Sin embargo, seguir algunas reglas básicas de diseño ayudará a simplificar la partición y el diseño de las PCB de señal mixta.
Los diseñadores deben particionar los PCB de señal mixta y los diseños de diseño con cuidado
Lograr la compatibilidad electromagnética (EMC) es un tema de gran preocupación para los diseñadores de PCB de señal mixta. Cuando las señales analógicas y digitales coexisten en una PCB sin aislamiento, es probable que se mezclen y causen diafonía e interferencia electromagnética. Por ejemplo, las corrientes de tierra de la lógica digital pueden contaminar las señales analógicas de bajo nivel en una PCB de señal mixta. Esto puede provocar errores de bucle de retroalimentación, fallas del sistema de control y armónicos en la forma de onda de salida. En estos casos, la compatibilidad electromagnética de la PCB de señal mixta se ve comprometida, lo que da como resultado un rendimiento deficiente del producto. La partición adecuada y el diseño adecuado ayudan a mantener las señales digitales y analógicas aisladas y evitan que interfieran entre sí, lo que reduce en gran medida la diafonía.
Al particionar y diseñar PCB de señal mixta, se deben seguir dos reglas.
1. Mantenga la ruta de corriente más cerca de la fuente y lo más compacta posible para que el área del bucle sea lo más pequeña posible.
2. Proporcionar solo un plano de tierra de referencia para un sistema; de lo contrario, es equivalente a crear intencionalmente una antena dipolo.
Estas dos reglas se consideran los principios básicos del diseño de diseño y partición de PCB de señal mixta. Aquí, aprendamos más sobre estas dos reglas de oro.
Regla 1. Mantenga la ruta actual localizada y compacta
Cada señal que fluye en la PCB regresa a la fuente a través del plano de tierra. Las líneas de señal y las líneas de retorno forman un bucle de corriente en la PCB. De acuerdo con la primera regla mencionada anteriormente, las líneas de retorno deben colocarse de manera que queden adyacentes a la fuente de la señal, creando un área de bucle mínima.
P: ¿Por qué se recomienda esta configuración y por qué reduce la interferencia electromagnética?
Todas las corrientes de retorno prefieren fluir a través de rutas de baja impedancia. Cuando la línea de retorno está ubicada directamente debajo de la línea de señal, el bucle de corriente tiene la impedancia más baja. Cuando la línea de señal y su línea de retorno forman un bucle grande, se forma una ruta de alta impedancia. Esto es causado por la capacitancia parásita y la inductancia en el bucle de corriente.
Cuando las líneas de señal y retorno están muy separadas, la capacitancia parásita tiene un valor alto, aumentando la impedancia del bucle. También existe una relación entre la inductancia del bucle y la distancia que recorre la carga, lo que aumenta aún más la impedancia de la ruta. Cuando el bucle es grande, la carga que sale de la fuente tiene que viajar una gran distancia para llegar a tierra. Esto aumenta la inductancia del bucle de corriente, que a su vez aumenta la impedancia.
Cuando las señales analógicas de alta frecuencia fluyen a través de grandes bucles de corriente con alta impedancia, emiten radiación y provocan interferencias. De manera similar, las señales analógicas de bajo nivel son más susceptibles a la interferencia electromagnética cuando fluyen a través de bucles de corriente de alta impedancia. Además, las líneas de señal y de retorno forman una antena de cuadro que exacerba el problema de EMI. Por lo tanto, queremos que el bucle de corriente sea corto, localizado y compacto.
Regla 2. Necesidad de un único plano de tierra de referencia
El plano de tierra dividido es una forma de aislar la conexión a tierra digital y analógica. En este método, los planos de tierra están separados entre sí y no es posible cablear en la división. En tales PCB donde los planos de tierra están separados entre sí, los dos planos de tierra están conectados solo cerca de la fuente de alimentación, formando un gran bucle de corriente, lo que no es favorable para los diseños de PCB con interferencias electromagnéticas no sensibles. Además, los planos de tierra analógicos y digitales tienen diferentes potenciales, y los cables largos colocados en estos planos forman una verdadera antena dipolo que emite radiación electromagnética.
Con todos estos factores en mente, dividir la PCB de señal mixta es el enfoque ideal. La partición mantiene común el plano de tierra de referencia. Las señales analógicas se enrutan en la sección analógica y las señales digitales se enrutan en la sección digital, de modo que las señales estén en su propio lugar.
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