El término “tierra” es quizás el término más utilizado e incomprendido en la ingeniería de EMC y, de hecho, en todo el diseño de circuitos. La tierra se considera un área de potencial cero con resistencia e impedancia cero en todas las frecuencias.
El término “tierra” es quizás el término más utilizado e incomprendido en la ingeniería de EMC y, de hecho, en todo el diseño de circuitos. La tierra se considera un área de potencial cero con resistencia e impedancia cero en todas las frecuencias. Esto no es cierto para los diseños reales de alta velocidad. Al usar la palabra “suelo”, debemos recordar: “¡El suelo es donde crecen las papas y las zanahorias!” Teniendo esto en cuenta, se eliminarán muchas fuentes de problemas de EMC.
El término “tierra” es un buen concepto para los voltajes de CC, pero no existe en las frecuencias en las que operan las placas típicas en la actualidad. Todos los metales tienen cierta resistencia, e incluso si esa resistencia está cerca de cero ohmios, la corriente que fluye a través de los conductores en el bucle creará una inductancia. La corriente que fluye a través de esa inductancia provoca una caída de voltaje. Esto significa un plano/alambre/barra/etc. de tierra de metal. Tiene una caída de voltaje a través de él, lo que contradice directamente la intención y la definición de tierra.
El punto clave es que EMI/EMC debe considerarse corriente, no voltaje, en la ruta de la señal. La corriente siempre debe fluir en bucles de regreso a la fuente, por lo que se debe considerar la ruta de la corriente de retorno, así como la ruta de la señal prevista a lo largo de las pistas de la PCB. La interrupción de la ruta de corriente de retorno puede tener un efecto grave y perjudicial en el rendimiento de EMI/EMC de la PCB. Una pequeña desviación en la ruta de la corriente de retorno puede introducir suficiente inductancia para aumentar drásticamente las emisiones.
Las rutas de corriente de retorno también son muy importantes cuando se consideran configuraciones de placa base/placa secundaria. La Figura 1 muestra un ejemplo de una placa simple de 4 capas con una configuración de placa base/placa secundaria y enrutamiento de señal desde la placa base a la tarjeta secundaria a través de los conectores. Teniendo en cuenta cómo fluye la corriente de retorno desde esta configuración, la corriente de retorno se propaga y desplaza a través del dieléctrico entre GND y PWR, y los capacitores de desacoplamiento locales (dependiendo de su distancia y separación de planos), se debe esperar que contenga corriente. ). La Figura 2 muestra la corriente de retorno para esta configuración. La longitud adicional de la ruta de corriente de retorno introduce inductancia adicional a lo largo de la ruta, creando un voltaje de “ruido” entre los dos planos GND (a través del conector). Este voltaje de ruido impulsa una antena ancha y delgada similar a un monopolo, lo que aumenta la radiación.
Sin embargo, si simplemente consideramos la ruta de la corriente de retorno y enrutamos las trazas de la señal para hacer referencia al mismo plano (PWR o GND), las corrientes de retorno podrían permanecer cerca de las trazas de la señal (Figura 3) y las emisiones serían significativas.
¡Más “tierra” no siempre es la respuesta “correcta” cuando se trata de devolver caminos actuales! . Resulta que hay 30 pines disponibles para “alimentación” y “tierra” combinados. Al menos cinco pines deben estar “alimentados” para evitar una caída excesiva de voltaje de CC en el conector. De los 25 pines restantes, ¿cuántos deben estar “conectados a tierra”?
En este diseño en particular, resulta que aproximadamente 2/3 de todos los pines de señal están referenciados al plano de “alimentación” y solo 1/3 están referenciados al plano de “tierra”. Esto significa que del total de 30 pines de alimentación/tierra posibles, 2/3 deben ser ‘alimentación’ y solo 1/3 debe ser ‘tierra’. En este caso, agregar más pines de “tierra” no fue el mejor diseño. Por supuesto, teniendo en cuenta que tanto los pines de “alimentación” como los de “tierra” son rutas de corriente de retorno, está claro que deben distribuirse entre los pines de señal para mantener la desviación de corriente de retorno lo más pequeña posible (todos los pines (p. “pin al final del conector).
Dadas las cuestiones más importantes de un buen diseño de EMI/EMC, el esquema no es tan importante como el diseño físico de las rutas de la señal y las corrientes de retorno. Los PCB de alta velocidad actuales tienen muchas capas y son tan complejos que es difícil para los ingenieros recorrer cada ruta de señal crítica y encontrar la ruta de corriente de retorno adecuada. Las herramientas automatizadas de verificación de reglas de EMC pueden examinar cada red por separado, independientemente de la complejidad de la PCB. La clave para elegir una herramienta de verificación de reglas automatizada es asegurarse de que funcione bien con su proceso de diseño existente, sea fácil de usar y proporcione una vista gráfica y fácil de entender de las violaciones de reglas.
La regla de diseño EMC más importante para PCB de alta velocidad se refiere a la ruta de corriente de retorno. Las corrientes de retorno siempre encuentran el camino que minimiza la inductancia de ese camino, por lo que las corrientes de retorno siempre fluyen hacia el plano más cercano. Si una traza cruza una división en el plano de retorno (por ejemplo, si la traza se enruta junto a una capa de energía con varias islas de energía), la ruta de corriente de retorno se interrumpe. Si cambia las capas en la PCB y la corriente de retorno también necesita cambiar de plano, la ruta de la corriente de retorno también se interrumpirá. Tenga en cuenta que la corriente de retorno siempre debe regresar a la fuente. vuelve La única pregunta es si será un camino beneficioso para ti o si te causará problemas, siempre es lo mejor.