Diseño IEM/CEM: reducción de ruido en PCB mediante aislamiento de señales de CA y CC

^{El aislamiento de las señales de CA y CC es importante para los dispositivos que funcionan con ambos.}

En la escuela secundaria, mi profesor de física siempre hablaba sobre la "Guerra de las corrientes" entre Edison y Tesla. En ese entonces, nunca me importó mucho por qué Edison prefería la energía de CC para su distribución y uso, mientras que Tesla prefería la CA. Eso cambió cuando empecé a ver que la "Guerra de las corrientes" se desarrollaba directamente entre los sistemas de CA y CC en las PCBs. En la actualidad, muchas PCBs utilizan circuitos de CA y CC, y cuando se encuentran, a menudo hay problemas en forma de interferencia electromagnética (IEM). Afortunadamente, justo cuando la "Guerra de las corrientes" finalmente dio lugar a la paz, las señales de CA y CC en las PCBs modernas pueden coexistir en armonía. La clave es el aislamiento.

Aislamiento de la interferencia electromagnética

Existen varias soluciones sencillas para ayudar a administrar la interferencia entre los circuitos de CA y CC, principalmente: blindaje de componentes, separación de sistemas, fuentes de alimentación dedicadas, buena conexión a tierra y aislamiento sin puentes.

Blindaje: como usted ya sabe, hay muchos componentes en una PCB que pueden irradiar IME. Esto incluye fuentes de alimentación, relojes de CI y osciladores, todos los cuales pueden interferir con los componentes de CA. Una manera de limitar la IEM de los componentes de CC "ruidosos", o proteger los componentes de CA que son susceptibles, es simplemente blindarlos. El blindaje garantizará esencialmente que ninguna IEM que se irradia a través del aire en el recinto interferirá con el circuito blindado. Así que si tiene algo que necesita proteger o restringir, haga lo que los humanos han estado haciendo durante siglos, y póngalo en una caja de metal. Si tiene una placa de varias capas, también puede utilizar una capa de plano de tierra como blindaje. Si bien es eficaz, el blindaje aumentará el peso y el costo de una placa, así que tenga cuidado de considerar la reducción de la IEM frente a otras preocupaciones.

^{No importa qué tan simple o compleja sea su placa, puede beneficiarse de la separación de CA/CC.}

Separación: si Edison y Tesla hubieran estado juntos en una habitación, ciertamente se habrían dicho algunas cosas el uno al otro, si no más reproches físicos. Afortunadamente, la mayor parte de las veces se mantuvieron separados, y los componentes de CA y CC deben seguir su ejemplo. Mantener los sistemas de CA y CC, tanto componentes como pistas, alejados unos de otros en la PCB ayudará a asegurar que no haya "interferencias" entre los sistemas. Si no tiene suficiente espacio en la tarjeta para separar físicamente los sistemas de CA y CC, también puede crear brechas en el plano de tierra entre los componentes que deben separarse. Las brechas en el plano de tierra forzarán cualquier corriente que fluya a través del plano para rodear los espacios, que, utilizados estratégicamente, pueden ayudarle a desviar corrientes alrededor de sistemas sensibles. En resumen, ¡no cruce los cables! Conseguir una buena separación puede ser fácil en un circuito simple, pero bastante difícil en circuitos más complejos. Haga todo lo posible para separar la CA y la CC, pero sepa que puede ser difícil alcanzar una solución óptima.

Alimentación: en cada PCB de CA/CC debe haber rieles de alimentación separados para los componentes de CA y CC. Los componentes de CC pueden extraer picos de su fuente de alimentación, creando un transitorio de voltaje. Si bien sus componentes de CA pueden (o no) ser capaces de funcionar con este transitorio de voltaje, ciertamente no funcionarán a su máxima capacidad. Si los transitorios de voltaje son demasiado grandes, pueden producir errores en los componentes de CA o detener el funcionamiento del circuito. Tener fuentes de alimentación separadas puede no ser conveniente, pero es mejor que tener un componente que no funcione.

Puesta a tierra: como ya sabe, la conexión a tierra en los circuitos de CA/CC es un asunto complejo, demasiado complejo para que este artículo pueda ahondar en el tema. Sin embargo, puedo darle este consejo: compruebe las rutas de retorno actuales en los planos o rejillas de puesta a tierra. Recuerde que mientras las corrientes de CC siguen el camino de la menor impedancia resistiva, las corrientes de retorno de CA seguirán el camino de la menor impedancia reactiva. Para las corrientes de retorno de CA, la ruta de menor impedancia reactiva está siempre por debajo de la pista. Es importante recordar los caminos de retorno porque son fáciles de olvidar. Verifique su plano de tierra y trace las rutas de retorno actuales. La recomendación de "separación" anterior también se aplica aquí: no cruce los cables, ¡aunque los cables sean invisibles!

(Sin) Puente: si ha seguido todos los (excelentes) consejos que le he ofrecido, debería tener dos sistemas de CA y CC bastante aislados. Ahora, si usted tiene brechas en cualquiera de sus planos y está pensando en unirlos, no lo haga. Todo este artículo se trata del aislamiento de CA/CC, ¡y eso anularía lo que le hemos enseñado!

^{Su software de diseño de PCB puede ayudarle a diseñar su placa con señales de CA y CC separadas.}

Cómo el software puede ayudarle a separar la CA de la CC

Estas reglas empíricas pueden ser buenos consejos, pero no se pueden utilizar sin un plan de implementación. Aquí es donde entra en juego su software de diseño de PCBs. El aislamiento puede lograrse mediante la codificación por colores de los diseños de PCBs. Puede rastrear sus sistemas de CA y CC al asignarles distintos colores para asegurarse de que están separados entre sí, tanto física como eléctricamente. Consulte la documentación de Circuit Studio de Altium para obtener instrucciones sobre cómo hacerlo. Para los usuarios más avanzados, también está disponible la codificación de colores en Altium Designer.

Siempre que recuerde los viejos tiempos de antaño, cuando los inventores genios se enfrentaron cara a cara en batallas por el dominio eléctrico, recuerde que las señales de CA/CC en su PCB están haciendo lo mismo. Sin embargo, en lugar de que un bando gane esta guerra, pidamos la paz en la PCB.

¿Necesita ayuda con estos temas o aclaraciones adicionales? Comuníquese con la asistencia de Altium.