Come Ridurre le EMI dei PCB nei Sistemi a Segnale Misto Utilizzando Design PCB di Massa Adeguati

Tracce e colate possono anche sembrare delle strade che possono rivelarsi un inferno in caso d'interferenze elettromagnetiche

Ripensando a quando vivevo a Philadelphia, di solito guidavo per un’ora per andare e per tornare da lavoro. Quelli che hanno fatto lunghi spostamenti conoscono quel tipo di rabbia al volante che si può scatenare anche solo per 5 minuti di ritardo. Fortunatamente, la pianificazione della città di Philadelphia è particolarmente efficace per il risultato degli attenti progetti di William Penn. Se non fosse per i suoi sforzi nell’efficienza del traffico, starei più tempo a gesticolare che a guidare. A volte progettare un PCB a segnale misto può sembrare simile alla pianificazione stradale di una città. Se viene fatto senza premeditazione può causare “rabbia da strada” nel PCB e emettere tanto “rumore” elettronico quanto il mio clacson. Tenere la tua basetta a terra ti metterà sulla strada di un PCB senza interferenze elettromagnetiche (EMI) e senza rabbia. Qui ci sono alcuni suggerimenti per tenere la tua basetta calma e bene a terra. 

Le Migliori Pratiche per La Messa a Terra del Segnale-Misto 

Sai che le soluzioni di messa a terra spesso necessitano di essere adeguate per i PCB a segnale misto e per evitare interferenze elettromagnetiche, tuttavia, ci sono alcune “migliori pratiche” che possono farti guadagnare una parte del percorso. 

Quando si progetta, ricordati di scegliere un sistema di messa a terra ottimale; cavo bus, griglia, o piano. 

Cavo Bus: Per la maggior parte dei PCB con sistemi a segnale misto un cavo bus non rappresenta una buona soluzione. L’impedenza di un cavo bus può essere abbastanza ampia a frequenze di sistema e ciò può causare molti cali di tensione. 

Griglie di Messa a Terra: Le grounding grid possono essere una soluzione bilanciata per due PCB a strato che non hanno abbastanza spazio per un piano di massa PCB completo, ma non accettano i cali di tensione associati al cavo bus. La griglia non deve essere un reticolo a maglia quadrata, ma dovrebbe avere quanta più superficie possibile. Un’area più ampia ridurrà l’impedenza della griglia e permetterà più connessioni di traccia, che a loro volta ridurranno il circuito di ritorno di corrente. Se utilizzi una griglia, fai particolare attenzione che i circuiti di ritorno di corrente AC/DC non si incrocino, se vuoi evitare i fastidi dell’interferenza elettromagnetica. 

Piano di Massa: Di solito la migliore soluzione per la messa a terra in un PCB per evitare problemi d'interferenza elettromagnetica è un piano di massa completo. La geometria del piano di massa assicura la minore impedenza possibile e spesso offre il circuito di ritorno di corrente maggiormente diretto. Inoltre, un piano di massa completo schermerà il PCB più di una griglia di terra. Proprio come una griglia, l’attenzione è da tenere quando si connettono circuiti integrati (IC) al piano di massa del PCB per assicurare che i circuiti di ritorno di corrente non si incrocino. Come spesso accade, “migliore” è la soluzione, più costosa sarà. Se sei parsimonioso, potrebbe valer la pena calcolare l’impedenza associata con l’utilizzo di un cavo bus o di una griglia di messa a terra. 

Passare dallo schematico alla messa a terra reale evitando problemi causati dall’EMI nei PCB non è facile.

Alcuni progetti a segnale misto potrebbero utilizzare due piani di massa separati in un tentativo di dividere i circuiti analogici e digitali per ridurre le EMI nei PCB. In ogni caso, avere due piani di massa completamente separati significherà che i riferimenti per alcuni potrebbero essere diversi. Ciò può introdurre errori nel tuo (). Nei circuiti con un convertitore dati, i piani di messa separati possono essere connessi utilizzando un anellino di ferrite e diodi Schottky. Per sistemi più generici, comunque, i due piani di massa possono essere accorpati, oppure può essere utilizzato un unico piano di massa PCB. Ciò fin quando i circuiti di ritorno di corrente AC/DC non si incrociano l’uno con l’altro, che causerà “diafonia” ( come la “diafonia” che urlo quando qualcuno mi taglia la strada). Consiglio l’utilizzo di un solido piano di massa, preferibilmente, con circuiti di ritorno di corrente attentamente pianificati. Se un piano di massa solido non è possibile, si può tagliare i divari nel piano per separare la componentistica AC/DC e i loro circuiti di ritorno di corrente. Un piano di massa con divari è comunque contiguo e sarà un buon riferimento, ma introdurrà piccole quantità di disturbo ai circuiti. Se fai tagli, non eseguire le tracce sopra di questi, visto che i divari possono agire come antenna. A prescindere dal metodo che utilizzi, cerca di tenere i circuiti di ritorno di corrente quanto più corti possibili. Ciò aiuterà a ridurre le EMI del PCB che possono essere radiate dal loop di corrente. 

Se hai qualche condensatore di bypass o di disaccoppiamento nel tuo design PCB, connetterli direttamente al piano di massa ridurrà le EMI del PCB. Mettere a terra questi condensatori assicura rapidamente che le correnti di ritorno abbiano un percorso molto breve per completare il proprio giro. Se il percorso di connessione del condensatore è troppo lungo, le tue correnti di ritorno potrebbero creare un corto circuito e finire dove non dovrebbero.  

Così come le città necessitano di una buona pianificazione anche gli IC necessitano di una buona messa a terra per evitare problemi d’interferenza elettromagnetica 

Consigli Pratici per IC a Segnale Misto 

Come ben sai, i sistemi a segnale misto hanno complicazioni, ma gli IC a segnale misto possono introdurre ulteriori complicazioni. Combinazioni diverse di questi richiedono soluzioni diverse, qui ci sono alcuni consigli quando si lavora con gli IC a segnale misto per evitare EMI nel PCB. 

I PCB con Singolo IC a Segnale Misto 

Se hai progettato circuiti audio prima, dovresti avere già familiarità con le messe a terra a stella. Quando si progetta un PCB che ha soltanto un IC a segnale misto, una messa a terra a stella può essere una grande soluzione e risolvere problemi d'interferenza elettromagnetica. La star ground (messa a terra a stella), utilizza un punto singolo come riferimento anziché dell’intero piano dello strato. Per i trasformatori e alcuni altri chip a segnale misto, il produttore normalmente consiglia che i pin AGND e DGND siano connessi assieme fuori dai chip, tale connessione può agire come la tua star ground.  Se utilizzi due piani di massa separati con un IC singolo a segnale misto, puoi anche collegare i due telai dei piani di massa insieme a quel punto. Una complicazione con le star ground è che le connessioni alla star ground devono essere quanto più più possibile vicino alla stessa lunghezza. Se tale configurazione non è pratica per il tuo circuito, allora è meglio utilizzare un altro tipo di messa a terra. 

PCB con Multipli IC a Segnale Misto 

Se i tuoi Circuiti Stampati utilizzano più di un IC a segnale misto, la star ground non è pratica. Questo perchè avrai bisogno di legare AGND e DGND di ogni IC insieme giusto all’esterno del case dell’IC, tutto nello stesso esatto punto. Neanche William Penn potrebbe pianificare una tale intersezione. Se stai costruendo un PCB che ha multipli IC con segnale misto, ti consiglio di utilizzare un piano di massa con divari per separare le correnti di ritorno o senza divari ed controllare molto attentamente i circuiti di ritorno di corrente e debellare problemi d’interferenza elettromagnetica. 

I sistemi di messa a terra a segnale misto richiedono una pianificazione attenta del layout, visto che i circuiti di ritorno devono essere verificati per ridurre EMI nel PCB e “crosstalk”. La pianificazione del layout è una cosa molto difficile se tutto sembra uguale. Consiglio di utilizzare il tuo software di design PCB per colorare la tua componentistica e reti così da avere virtualmente separati i sistemi AC e DC, o i pin su cui stai lavorando con gli IC a segnale misto. CircuitStudio^®  ha la documentazione che dimostra come cambiare colori al tuo Circuito Stampato 

A volte le strade congestionate e la rabbia da traffico sono inevitabili, ma i PCB congestionati non lo sono. Un buon layout di messa a terra può ridurre le EMI del PCB sulla tua basetta e toglierti lo stress.

Hai maggiori questioni riguardo la progettazione della messa a terra? Parlane ad un esperto ad Altium.