En el desarrollo sostenible del diseño y la fabricación de CI (circuitos integrados), la prominencia de algunos problemas como el retardo en la transmisión de señales y el ruido desempeña un papel en la influencia sobre la integridad de las señales. Por lo tanto, se debe prestar suficiente atención a los problemas en el proceso deDiseño de PCBy el flujo de proceso de los productos electrónicos debe ser supervisado, como las etapas de prueba de producción y fabricación. Además, el diseño de PCB debe someterse a ciertas mejoras con el fin de resolver estos problemas prominentes bajo el módulo de diseño tradicional y lograr la aplicación razonable de la tecnología EMC (Compatibilidad Electromagnética). Este artículo analiza principalmente las estrategias de aplicación de la tecnología EMC en el diseño de PCB para dispositivos electrónicos.
Descripción general y problemas de EMC
EMC se refiere a un tipo de capacidad por la cual los dispositivos o sistemas pueden funcionar con normalidad sin verse perturbados por interferencias electromagnéticas y sin proporcionar perturbaciones electromagnéticas a ninguna parte del entorno del circuito.
Al diseñarPCBEn los dispositivos electrónicos, el problema de la interferencia de señal suele aparecer debido a la diversidad de fuentes de perturbación de señal. Por lo tanto, durante la transmisión de la señal, la tecnología EMC con funciones de aislamiento, filtrado, blindaje y puesta a tierra ayudará a mejorar el nivel general de diseño de la PCB.
En el proceso de aplicación de la tecnología EMC, con el fin de aumentar el efecto global de la aplicación, se debe comprobar la calidad de los componentes. En concreto, durante el proceso de construcción del sistema EMC, los componentes relacionados con la tecnología EMC deben someterse a pruebas de capacidad de soportar tensión y de capacidad mediante métodos experimentales. Al mismo tiempo, en el proceso de inspección experimental, se debe prestar atención a la integridad de los problemas destacados y a un tratamiento adecuado durante el proceso de aplicación de los componentes.
En el diseño de PCB, los principales problemas de EMC incluyen la interferencia por conducción, la interferencia por diafonía y la interferencia por radiación.
• Interferencia de conducción
La interferencia por conducción influye en otros circuitos mediante el desacoplamiento de los conductores y el desacoplamiento de la impedancia de modo común. Por ejemplo, el ruido entra en un sistema a través del circuito de alimentación, cuyos circuitos de soporte se verán afectados por dicho ruido.
La Figura 1 muestra el desacoplamiento de ruido mediante la impedancia de modo común. Tanto el Circuito 1 como el Circuito 2 obtienen la tensión de alimentación y el bucle de tierra a través del mismo conductor. Si la tensión de cualquiera de los circuitos necesita mejorar repentinamente, el otro circuito disminuirá debido a la alimentación común y a la impedancia entre los dos bucles.
• Interferencia de diafonía
Interferencia de diafoníase refiere a la interferencia de una línea de señal sobre una línea de señal adyacente, que normalmente tiene lugar en el circuito y el conductor adyacentes y se caracteriza por la capacitancia mutua y la impedancia mutua entre el circuito y el conductor. Por ejemplo, una línea strip en una PCB tiene una señal de bajo nivel y, cuando los conductores paralelos son más largos de 10 cm, aparecerá la diafonía. Dado que la diafonía puede ser provocada por el campo eléctrico a través de la capacitancia mutua y por el campo magnético a través de la impedancia mutua, el primer y principal problema es determinar qué desacoplo desempeña el papel principal: el desacoplo del campo eléctrico (capacitancia mutua) o el desacoplo del campo magnético (impedancia mutua). El producto de la impedancia de la fuente y la impedancia del receptor puede considerarse como una referencia, lo que depende de la configuración entre los circuitos y de la frecuencia.
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Producto
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Desacoplamiento principal
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| <3002 |
Campo magnético |
| >10002 |
Campo eléctrico |
| >3002, <10002 |
Campo magnético o eléctrico |
• Interferencia de radiación
La interferencia por radiación se refiere a la interferencia provocada por la radiación emitida por una onda electromagnética libre. La interferencia por radiación en una PCB se refiere a la interferencia por radiación en modo común entre los cables y las líneas internas. Cuando una onda electromagnética incide sobre las líneas de transmisión, surge un problema de desacoplo desde el campo eléctrico hacia las líneas, con pequeñas fuentes de tensión distribuidas que se clasifican en CM (modo común) y DM (modo diferencial). La corriente CM se refiere a la corriente de dos conductores que tienen amplitud casi equivalente y posición de fase equivalente, mientras que la corriente DM se refiere a la corriente de dos conductores que tienen amplitud equivalente pero posiciones de fase opuestas.
Estrategias de aplicación EMC en el diseño de PCB de dispositivos electrónicos
• Protección ESD (descarga electrostática)
Al diseñar la PCB de dispositivos electrónicos, la ESD influye en la estabilidad de la corriente que circula mediante conducción directa o desacoplo por inductancia, lo que hace necesaria la protección ESD para satisfacer los requisitos del desarrollo de productos electrónicos. Los diseñadores de PCB de dispositivos electrónicos deben garantizar que la tecnología EMC esté integrada en el proceso de diseño de la PCB de dichos dispositivos. Es decir, en el proceso de desarrollo de nuevos productos electrónicos, deben colocarse orificios metalizados en la PCB y, en el proceso de diseño de estos orificios metalizados, el circuito externo en la carcasa metálica debe conectarse con el circuito interno y deben montarse tornillos de fijación en el punto de conexión. El objetivo final es establecer un excelente entorno equipotencial interno‑externo para evitar la aparición de ESD que pueda provocar fallos en el circuito. Por ejemplo, cierto tipo de dispositivos electrónicos hace hincapié en la aplicación de la tecnología EMC y se deben disponer 6 orificios metalizados para garantizar una excelente conexión entre el circuito interno y la carcasa de la pantalla LCD, de modo que el diseño global de la PCB se ha mejorado sustancialmente. Además, este tipo de dispositivos electrónicos dispone componentes de protección ESD en los puntos de entrada y salida de señales y se le ha incorporado un anillo electrostático para evitar la aparición de ESD que posiblemente reduzca la estabilidad del funcionamiento del circuito.
• Configuración del condensador de desacoplo
En el proceso de diseño de PCB de dispositivos electrónicos, el sistema de alimentación desempeña un papel importante en la influencia sobre la integridad de la señal, por lo que debe enfatizarse la aplicación de la teoría EMC. En el proceso de configuración de los condensadores de desacoplo, se puede simular el funcionamiento del circuito, durante el cual se puede dominar el fenómeno de interferencia de ruido para que el problema de ruido pueda controlarse de manera efectiva. Al mismo tiempo, en el proceso de configuración de los condensadores de desacoplo, se requiere que los técnicos inspeccionen estrictamente el terminal de entrada de la capacidad del filtro de alimentación, que debe mantenerse en el rango de 10 a 100F para cumplir con las condiciones de la tecnología EMC. Además, la frecuencia del sistema debe controlarse por debajo de 15 MHz para aumentar el nivel de aplicación de los dispositivos electrónicos, y la configuración de los condensadores de desacoplo debe ubicarse en el lugar del circuito integrado.
• Diseño térmico
Diseño térmicoes uno de los elementos más importantes que influyen en el rendimiento de los dispositivos electrónicos. Bajo la influencia de la radiación térmica y la ventilación, la distancia entre los componentes y la fuente de calor debe mantenerse dentro del rango estándar y el grado de calor de los componentes, como los condensadores, debe inspeccionarse periódicamente durante el proceso de ensamblaje. Además, al ensamblar componentes de alta potencia, asegúrese de colocar esos componentes en la parte superior de las PCB para que se pueda llevar a cabo el mejor diseño térmico y así aumentar el nivel general del diseño de la PCB.
• Diseño de longitud y ancho de línea
En el proceso de diseño EMC de las PCB de dispositivos electrónicos, el ancho y la longitud de las pistas guardan una relación directa con la eficiencia de transmisión de la señal. Los diseñadores de PCB deben examinar especialmente el efecto del retardo de transmisión, sobre cuya base se puede lograr el mejor diseño de circuito. El efecto de inductancia de las pistas impresas provoca interferencias y la longitud de la pista impresa es proporcional al efecto de interferencia, por lo que las pistas deben mantenerse cortas y anchas para satisfacer los requisitos de desarrollo de los nuevos dispositivos electrónicos.
Por ejemplo, en el proceso de desarrollo de cierto tipo de dispositivos electrónicos, se tienen plenamente en cuenta el diseño de la longitud y el ancho de las pistas, de modo que el pin 9 XIN del EM78860 se coloca en la posición del oscilador y la pista en la ubicación del DL16521 se mantiene corta, lo que incrementa el nivel global del diseño EMC. Por lo tanto, es sumamente necesario enfatizar la cientificación y racionalización de la longitud y el ancho de las pistas para satisfacer plenamente los requisitos de desarrollo de los nuevos dispositivos electrónicos.
Basado en el rápido desarrollo de los dispositivos electrónicos, el diseño de PCB ha estado atrayendo cada vez más atención hacia la alta eficiencia y estabilidad de las PCB, lo que conduce a un énfasis en el papel de la tecnología EMC. Los problemas destacados relacionados con la tecnología EMC deben abordarse desde las perspectivas del diseño de la longitud y el ancho de las pistas, la configuración de los condensadores de desacoplo y la ESD, con el fin de lograr el mejor efecto de diseño, sobre cuya base se impulsará el desarrollo sustancial del diseño de dispositivos electrónicos.
