Projeto de PCB para EMI baixo por Ken Wyatt

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Assista a este webinar em Design de PCB para EMI baixo apresentado por Ken Wyatt, consultor principal da Wyatt Technical Services LLC (Colorado).

Resumo: Design de PCB para webinar com baixo EMI

Como consultor há mais de 10 anos, tive a chance de realizar revisões de design ou ajudar a solucionar centenas de produtos. Ao fazer isso, percebi que a causa raiz de muitos problemas de design gira em torno do design da placa de circuito. Projetos ruins de placa podem resultar em emissões irradiadas, imunidade irradiada e falhas de conformidade com descarga eletrostática (ESD), entre outras. Projetos ruins de placas geralmente resultam em ciclos intermináveis ​​de tentativa e mitigação de erros – testes de conformidade – rotações de placas – e mais solução de problemas / mitigação / rotações. Isso atrasa o cronograma e é muito caro.

Vou explicar por que reduzir as áreas do circuito de circuito é apenas parte da solução e para entender o design adequado da placa para EMI mais baixo, é necessário entender como os sinais se propagam nas placas. Depois de entender que os sinais se movem através dos campos eletromagnéticos, o empilhamento e o roteamento de placas devem ficar muito claros e você poderá projetar uma placa de baixo EMI pela primeira vez!

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Pré-visualização: Webinar de PCB Design for Low EMI

Como consultor da EMC há mais de 10 anos, tive a chance de revisar ou ajudar a solucionar problemas de centenas de produtos eletrônicos. Acho que a maioria dos produtos que falham no teste de conformidade se deve a placas de PC mal projetadas. Nesta apresentação, mostrarei técnicas de design para reduzir o risco de EMI da sua placa.

Existem apenas três coisas que você pode fazer com campos eletromagnéticos. Eles podem ser armazenados, movidos ou convertidos em energia cinética. Para propagar uma onda eletromagnética, é necessária uma linha de transmissão composta por dois pedaços de metal, geralmente separados por um dielétrico. No caso de uma placa de circuito impresso padrão, essa seria a micro-tira ou a tira e o plano de retorno.

Esta é a seção transversal de uma microstrip padrão com a qual todos estamos familiarizados. Você pode ver o fluxo do campo H envolvendo o traço, enquanto o campo E está concentrado principalmente entre o traço e o plano de retorno. Como veremos em um momento, o sinal real na forma de uma onda eletromagnética viaja através do espaço dielétrico entre o traço e o plano de retorno. O traço serve apenas como uma maneira de guiar e guia o caminho da energia do sinal.

Discutiremos a física real da maneira de propagação em placas de PC em breve. Mas um conceito importante a ser entendido é que, para sinais de baixa frequência, o caminho da corrente de condução de retorno é relativamente espalhado ao longo do plano de retorno e, na maioria das vezes, segue um caminho direto da carga de volta à fonte. Chamamos isso de caminho de menor resistência. Então, o que constitui baixa frequência? Algo inferior a 50 a 100 kilohertz. Portanto, esse conceito é mais importante para áudio ou outras tecnologias de baixa frequência.

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Para sinais de alta frequência, o caminho da corrente de condução de retorno é relativamente limitado ao longo do plano de retorno e diretamente abaixo do traço de sinal. Chamamos isso de caminho de menor impedância e é devido à indutância mútua entre o traço e o plano. Então, o que constitui alta frequência? Bem, algo maior que 50 a 100 kilohertz. Portanto, esse conceito é mais importante para a maioria das outras tecnologias digitais e de RF.

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Aqui está uma simulação deste conceito. Com a corrente de condução de retorno em verde, para o exemplo de 1 kilohertz à esquerda, vemos que a corrente de retorno está espalhada e basicamente viaja da carga diretamente para a fonte. No exemplo de 1 megahertz à direita, vemos a corrente de retorno localizada diretamente abaixo do traço do circuito. Isso será muito importante quando particionarmos nossa placa de circuito entre os circuitos analógico e digital.

Então, vamos discutir como os sinais se movem nas placas de circuito. Provavelmente, esse será o seu principal argumento durante esta apresentação. Muitos de nós, designers, fomos enganados em nossa classe de circuitos. Pelo menos estava implícito que a corrente era elétrons fluindo através de fios de cobre da fonte para a carga. E para circuitos CC e ignorando o transiente inicial de ativação, isso é preciso. No entanto, o movimento dos elétrons não ocorre na velocidade da luz próxima. Eles estão muito fortemente ligados às moléculas de cobre e se movem apenas cerca de um centímetro por segundo.

Para circuitos CA, o modelo de teoria de circuitos padrão não pode ser modelado como fios simples, mas como linhas de transmissão. Entraremos na física real da propagação de sinal em um momento. Mas entender como os sinais digitais se propagam nas placas de PC oferece uma vantagem competitiva sobre outras empresas que podem não entender isso sobre como os sinais se movem nas placas de PC, o ponto de vista do circuito e o campo. Na realidade, eles estão relacionados. Ou seja, você não pode ter um sem o outro. Agora, o ponto de vista da teoria dos circuitos considera apenas os sinais e a potência retornando à sua fonte.

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Ken Wyatt Bio

Kenneth Wyatt é consultor principal da Wyatt Technical Services LLC e atuou por três anos como editor técnico sênior da Interference Technology Magazine de 2016 a 2018. Ele trabalha na área de engenharia da EMC há mais de 30 anos, com especialidade em solução de problemas e pré- Teste de conformidade. Ele é co-autor do popular EMC Pocket Guide e RFI Radio Frequency Interference Pocket Guide. Ele também foi co-autor do livro com Patrick André, EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers, com encaminhamento de Henry Ott. Ele é amplamente publicado e cria o The EMC Blog, hospedado pelo EDN.com, e continua no blog da Interference Technology. Ken é um membro sênior do IEEE e um membro de longa data da EMC Society. Para entrar em contato com Ken ou para obter mais informações sobre artigos técnicos, horários de treinamento e links, consulte o site: http://www.emc-seminars.com.

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