O Design de Aterramento de PCB Correto Reduzirá a EMI de Sinal Misto

Algumas Opções para Aterramento de Sinal Misto

Você sabe que as soluções de aterramento muitas vezes precisam ser especificamente adaptadas para PCBs de sinal misto, mas, ainda assim, existem várias "melhores práticas" que podem ajudá-lo em parte do caminho. No design de aterramento de PCB, geralmente existem três opções que você vai querer usar em seu sistema:

• Fio-Barramento: Para a maioria das PCBs usadas em sistemas de sinal misto, um fio-barramento não é uma boa solução. No entanto, essa é geralmente a opção que a maioria dos novos designers escolhe por padrão para definir terras e fazer conexões. A impedância de corrente de retorno de um fio-barramento pode ser bastante grande nas frequências do sistema, o que cria indutâncias de loop muito grandes que facilmente recebem ruído de alta frequência.
• Grade de Aterramento: Uma grade de aterramento é às vezes usada em PCBs de duas camadas que não têm espaço suficiente para um plano de terra completo da PCB, mas que não podem aceitar as quedas de tensão ou grandes indutâncias de caminho de retorno associadas a um fio-barramento. A grade não precisa ser uma malha quadrada, mas deve ter a maior área possível. Uma área maior reduzirá a impedância da grade e permitirá mais conexões de trilhas/vias, o que, por sua vez, encurta os caminhos de retorno da corrente.
• Plano de Terra: Normalmente, a melhor solução para aterramento em uma PCB é simplesmente usar um plano de terra completo. Isso significa que um placa de 4 camadas será necessária no mínimo se o seu design incluir múltiplas camadas de sinal.

Nenhuma dessas é definida no esquemático; todas existem no espaço em branco ao redor dos seus componentes, e você precisará decidir como implementar sua estratégia de aterramento quando chegar ao layout da PCB.

O aterramento real não é tão fácil quanto nos esquemáticos.

Se você não tem certeza do que fazer, como em uma placa de 2 camadas, sua melhor aposta é simplesmente usar um plano de terra uniforme, pois isso geralmente oferece caminhos de retorno de corrente que são mais fáceis de seguir no design. Além disso, um plano de terra completo terá mais blindagem EMI do que uma grade de terra. Assim como com uma grade, cuidado deve ser tomado ao conectar circuitos integrados (ICs) ao plano de terra da PCB para garantir que os caminhos de corrente de retorno não se cruzem. Como é frequentemente o caso, quanto “melhor” a solução, mais custosa ela será. Se você é tão econômico quanto um Quaker, calcular a impedância associada ao uso de um fio de barramento ou grade de aterramento pode valer a pena.

Aterramento de PCB em Diferentes Frequências

Com os pontos acima em mente, o que você deve fazer com diferentes tipos de placas e frequências? A tabela abaixo resume algumas das estratégias que você pode usar em diferentes faixas de frequência. Note que não estamos considerando diferentes tipos de sinais

Nestes diferentes tipos de projetos de aterramento de PCB, podemos ver que o plano de terra é a solução mais universal. A grande trilha de terra também pode ser aceitável para fornecer terra para múltiplas frequências, desde que possa proporcionar conexões fáceis com as redes. Note que uma estratégia de aterramento em estrela também pode ser usada com trilhas, desde que diferentes tipos de sinais não precisem interagir com o mesmo componente. O aterramento em estrela com grandes trilhas pode permitir conexões de terra com muito baixa indutância, mas você deve posicionar os ICs de sinal misto com muito cuidado para evitar interferências (veja abaixo).

• Aprenda mais sobre estratégias de aterramento e aterramentos em estrela na sua PCB

Alguns projetos de sinal misto podem usar dois planos de aterramento separados na tentativa de separar circuitos analógicos e digitais para reduzir a EMI. Para sistemas mais gerais, no entanto, os dois planos de aterramento podem ser fundidos, ou um único plano de aterramento da PCB pode ser usado.

O objetivo ao implementar qualquer uma dessas estratégias de design de aterramento de PCB é evitar que os caminhos de retorno de corrente AC e DC se cruzem, o que resultará em diafonia. Isso é mais fácil com um plano de terra sólido adjacente às camadas de sinal, com todos os planos de terra conectados entre si com vias ao mesmo potencial de referência. Se houver lacunas em um plano de terra, como perto de recortes ou se PWR/GND estiverem misturados na mesma camada, não passe trilhas sobre essas lacunas, pois as lacunas agirão como antenas.

Dicas Práticas para ICs de Sinal Misto

Como foi mencionado acima, os ICs de sinal misto podem introduzir complicações para o design de aterramento de PCB, e as notas de aplicação para esses componentes às vezes podem recomendar práticas ruins que criam novos ruídos. Diferentes combinações desses requerem soluções diferentes, então aqui estão algumas dicas ao lidar com ICs de sinal misto.

PCBs com um Único IC de Sinal Misto

Se você já projetou circuitos de áudio antes, pode estar familiarizado com terras estrela. Ao projetar uma PCB que possui apenas um CI de sinal misto, uma terra estrela pode ser uma ótima solução. A terra estrela usa um único ponto como referência, em vez de uma camada de plano inteira. Para ADCs/DACs, bem como alguns outros chips de sinal misto, o fabricante normalmente recomenda que os pinos AGND e DGND sejam conectados juntos fora do chip; essa conexão é melhor implementada com um remendo formando a terra estrela ou diretamente no plano de terra. Se você estiver usando dois planos de terra separados com um único CI de sinal misto, você também pode amarrar os dois planos de terra do chassis juntos naquele ponto.

PCBs com Múltiplos CIs de Sinal Misto

Se a sua placa de circuito impresso estiver usando mais de um CI de sinal misto, um aterramento em estrela provavelmente será impraticável. Isso ocorre porque você precisaria conectar o AGND e o DGND de cada CI juntos, bem do lado de fora de cada caixa de CI, todos no exato mesmo ponto; é simplesmente impraticável e a melhor prática é usar apenas um único plano de terra para tudo. Apenas no caso de cada um desses CIs operar em frequências diferentes, você consideraria adicionar lacunas para ajudar na isolamento, e mesmo assim, você deve obedecer à regra acima para não rotear sobre essas lacunas.

Os aterramentos de sistemas de sinal misto requerem um planejamento cuidadoso do layout, pois os caminhos de retorno precisam ser verificados para reduzir a EMI e o diafonia. Quando estiver pronto para implementar um design de aterramento de PCB no seu projeto de placa de sinal misto, use o conjunto abrangente de utilitários CAD em Altium Designer. Uma vez que esteja pronto para liberar seus dados de fabricação para o seu fabricante, você pode facilmente compartilhar e colaborar em seus projetos através da plataforma Altium 365^™. Tudo o que você precisa para projetar e produzir eletrônicos avançados pode ser encontrado em um único pacote de software.

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