Directrices de diseño de PCB para minimizar las transferencias de RF

Hay algunas pautas de diseño para PCB que no tienen mucho sentido y prácticas que parecen excesivas e innecesarias. A menudo, estos están motivados por la magia negra, que es la transmisión de RF. Esto es una consecuencia desafortunada e involuntaria de los circuitos electrónicos, o una característica mágica y útil de ellos, y mucho tiempo de diseño reduce o elimina estos efectos o los configura.

Se pregunta cuán importante es esto para sus proyectos y si debe preocuparse por las emisiones de radio no intencionales. Sobre la importancia de Baddeley:

  • Pffffft - Está construyendo un proyecto único que usa energía de la batería y un solo microcontrolador con algunos GPIO. Básicamente todos sus proyectos Arduino y diversión en la casa.
  • Meh - Construye uno único que se conecta a una pared o tiene una radio intencional a bordo: una cosa de IoT procesada. O vende un producto que funciona con batería pero no entrega nada intencionalmente.
  • Yeeeaaaaahhhhhhh - Vende un producto de pared.
  • - Vende un producto que es un transmisor intencional, o tiene muchas señales rápidas, o se fabrica en grandes volúmenes.
  • SMH - Usted es el fabricante de un anuncio luminoso que capta todas las señales inalámbricas en unas pocas cuadras.
  • Los basicos

    Cuando una señal se mueve a lo largo de un cable, se crea un campo eléctrico en el espacio que lo rodea. Si es una señal de CC, entonces el campo no cambia, por lo que no sucede nada emocionante en el mundo de la RF, simplemente es constante. La CC pura es muy rara. Las baterías pueden hacer esto a menos que realice algún tipo de regulación de voltaje, pero cualquier cosa enchufada a una pared tendrá ondas sinusoidales de 50 o 60 Hz que luego se ajustarán y transformarán, suavizarán y pincharán y aparecerán en algo así como un voltaje de CC. . De hecho (y dependiendo de la calidad de la fuente de alimentación), esta fuente se agitará y creará pequeños cambios en el voltaje de CC, creando efectivamente un pequeño campo cambiante. Otras cosas, como los osciladores de cristal, las líneas de señal entre chips y buses de memoria, tienen señales de voltaje cambiantes que viajan a lo largo de un cable de un lugar a otro. Así, la electrónica abunda en señales y cambia los campos eléctricos. Estos campos eléctricos cambiantes, según muchas matemáticas, descubiertos principalmente por Maxwell, Faraday y Gauss, hacen que el campo eléctrico se convierta en radiación electromagnética.

    La frecuencia de la radiación es la frecuencia con la que cambian los campos eléctricos, y hay muchos factores que la afectan. Uno es la forma del cable por el que viaja el campo eléctrico. Si tiene algo llamado par diferencial, los campos eléctricos a lo largo del cable se cancelan entre sí, lo que resulta en casi ninguna transmisión. Si tiene un cable que no se conecta en el otro extremo, entonces la señal puede bajar y reflejarse. Si la longitud del cable está configurada para que cuando se refleja, amplifique la onda en lugar de cancelarla, entonces tiene una buena antena. Volviendo a la frecuencia, nunca es una onda sinusoidal perfecta; es una combinación de ondas de diferentes frecuencias. Un receptor de antena tiene componentes electrónicos que descomponen esas frecuencias dentro del rango para extraer una señal. Las cosas modernas son principalmente FM, por lo que hay una frecuencia portadora principal y la señal de datos la modifica ligeramente.

    Antenas aleatorias

    F invertida de la nota de diseño 007 de TI

    Una antena de pista es una antena hecha de una pequeña tira de alambre de cobre en la PCB que resuena aleatoriamente en ciertas frecuencias. Esto podría ser intencional, como un diseño de antena F para receptores de radio de 2,4 GHz, o podría ser aleatorio, como la corriente de tierra, lo que resultaría en una tira larga y delgada. Para evitar esto, examine cuidadosamente sus tierras en busca de rastros que no vayan a ninguna parte. Elimínelos o inserte una ruta para que el rastro no resuene. Mantenga su suelo lo más áspero posible. Cuantos más dedos tenga, y cuanto más los corte, estire y separe, más radiación involuntaria tendrá. Como regla general, no tenga cables que no estén conectados en ambos extremos a menos que cree una antena intencionalmente. Esto se aplica a una placa IO no conectada. En última instancia, si no hay nada enchufado en ese conector de E / S, es solo un rastro que no conduce a ninguna parte. Si su microcontrolador es lo suficientemente inteligente como para detectar cuando un cable está desconectado, no envíe señales a lo largo de ese cable. Ate todos sus IO no utilizados a tierra.

    Cosiendo

    Un rastro que esté cerca del borde del tablero y más lejos de una capa del plano de tierra irradiará más interferencia electromagnética. Coser se refiere a colocar un anillo suyo atado al plano de tierra alrededor del borde de la PCB (o en la medida de lo posible). También puede alinear los lados de una pista de señal con formas de reducir la EMI de la pista. Además, una buena dosis de vías debe conectar el derrame de tierra al plano de tierra (si tiene una capa de tierra separada en un tablero de 4 capas, o su tablero de 2 capas está mayormente molido en la parte inferior). Esto evita antenas accidentales y también garantiza que todo el suelo permanezca encendido al mismo tiempo en todo momento.

    Los caminos a intervalos regulares alrededor del exterior del tablero (y algunos en lugares aleatorios dentro del tablero) se denominan cosiendo.

    Utilice condensadores de diez tubos y perlas de ferrita

    Las hojas de datos de los microcontroladores y reguladores de potencia tienen condensadores de desconexión o derivación conectados a las clavijas de alimentación. Estos chips no utilizan la misma cantidad de energía constantemente; varían ligeramente mientras el chip está haciendo su trabajo, a veces necesitando poca energía. Esto parecería una señal que cambia rápidamente en los pines de alimentación. El propósito de la tapa de desconexión es tener una pequeña reserva de energía justo al lado de esos pines de energía, de modo que cuando el chip fluctúe salvaje y rápidamente, el capacitor pueda mitigar esos requisitos de energía sin propagar ese cambio rápido a través de la pista de energía. El cordón de arte enrollado se usa generalmente cuando se conecta una fuente de alimentación de interruptor al plano de potencia, ya que aísla el ruido de la fuente, por lo que se coloca (junto con un condensador de desconexión) junto a la salida de la fuente de alimentación.

    Mantenga breves las huellas

    ¿Por qué haría un cable más largo de lo necesario? A veces es necesario forzar un sendero para que tome una ruta bastante circular (jejeje) para ir de un contacto a otro. Esta regla se trata más de priorizar qué rutas son más cortas y cuáles pueden ser más largas. En general, cuanto más rápido viaja la señal a través del cable, mayor es la prioridad y más corta la longitud ideal de la pista. El cristal debe estar lo más cerca posible del microcontrolador, con los cables directamente entre los dos. Cada milímetro extra más cambia el campo eléctrico y más emisiones. UART puede tener cables mucho más largos porque la señal no cambia tan rápidamente y los rieles de voltaje positivo pueden enrollarse en todas partes. Esta es una buena práctica también porque las señales más rápidas significan que desea menos distancia entre los componentes para minimizar la latencia, pero la prevención de RF también es importante.

    Esta PCB tiene dos microcontroladores y ambos tienen relojes lo más cerca posible del controlador para minimizar la longitud de la pista.

    Agregar filtrado de E / S

    Debido a que su PCB tendrá algunas conexiones de cable, o conexiones de placa a placa, o conexiones de chip a chip, cada una posiblemente con trazas largas, puede agregar algo de filtrado a las trazas para reducir su ruido colocando resistencias en serie y un Condensador cromado. a tierra lo más cerca posible de la fuente de ruido (generalmente el microcontrolador).

    No ahorre en la fuente de alimentación

    Son muy ruidosos y cuanto más baratos son, más abreviaturas se toman. No solo explotarán la radiación de RF en armonías de 50/60 Hz, sino que la fuente de alimentación de conmutación, que generalmente opera a frecuencias de cientos de KHz, también genera un buen ruido. Entonces, es posible que la salida no sea muy estable, por lo que hay mucho ruido que viaja a lo largo del cable y se irradia hasta que llega a su proyecto, que luego se ejecutará con una potencia ruidosa. Sin mencionar las preocupaciones de seguridad de las fuentes de alimentación baratas.

    Mito

    Una cosa que no es diferente son los ángulos en las pistas. Resulta que incluso más allá de las velocidades de 1 GHz, los ángulos de 90 grados en las pistas no tienen diferencias medibles con respecto a otros ángulos en la EMI radiada.

    Si desea una aplicación más detallada sobre la configuración de PCB para reducir las emisiones, consulte el informe técnico de TI sobre el tema. Consulte también nuestra guía sobre cómo preparar su producto para la FCC.

    • jajaja dice:

      @Bob Baddeley
      Gracias por explicar cómo tiene una comprensión limitada de las pautas SAW, armónicos o FCC.

      El resto del artículo es un consejo anecdótico vagamente preciso y sigue lo que recomiendan la mayoría de los editores de notas de software.

      • Dan dice:

        "Consejos anecdóticos inexactamente precisos" = digerible, para cualquier otra cosa tenemos que ir a los libros de texto, como la mayoría de los temas.

        • Ostraco dice:

          Supongamos que esta sería una forma de deshacerse de los "havanas" y los "no poseedores". Como si no fueran suficientes para evitar la publicación, ahora una prueba de coeficiente intelectual.

      • Bob Baddeley dice:

        ¡Gracias! ¡Mi objetivo es agradar!

    • ejonesss dice:

      ¿Podemos hacer que la fcc allane nuestras casas por los rastros que emiten?

      • Vejestorio dice:

        Si irradian lo suficiente, tal vez ...

        • Unferio dice:

          Depende, he escuchado algunas historias (principalmente de aquí y esa es mi base para este comentario),
          Llamarían a tu puerta y te preguntarían si conoces alguna transmisión.
          Luego (si muestra incertidumbre o ignorancia) ellos (a veces) lo ayudarán a explorar la fuente para que pueda hacer algo al respecto, es decir, reemplazar y / o reparar.
          Suelen ser más útiles que los bárbaros porque ellos (la mayoría de ellos) saben que muchas causas de interferencia son involuntarias (mal funcionamiento).
          Incluso uno de los enlaces del artículo muestra esto (el letrero de neón).

          .

          Por lo general, en el caso de la reparación, es mejor (más barato) encontrar HAM para probar la interferencia (asumiendo que ya saben cómo probar y no uno de los que solo pueden obtener la licencia porque les gustó) o comunicarse con su consejo de comunicaciones comisión (FCC / OFCOM / ETC ..)

          • flota de vuelo1983 dice:

            Es jamón, no jamón. No es un acrónimo.

            HAM, al menos por ahora, suele significar duro como un hijo de puta. Cómo ir HAM a alguien.

    • jpa dice:

      Es cierto que los ángulos de 90 grados frente a los de 45 grados no afectan mucho a la EMI, pero a 1 GHz puede ser importante mantener una impedancia constante para la pista.

      • Nimajamin dice:

        De hecho, pensé que debería añadirse una nota a pie de página a esa frase. +1

      • Palmadita dice:

        Sin embargo, 45 grados apesta para una impedancia constante. Si está prestando tanta atención a los reflejos angulares, necesitará modelar el inglete con mayor precisión que simplemente "usar ángulos de 45 grados".

        Sin embargo, la única nota que vi alrededor de 90 en comparación con los ángulos de 45 grados, es que los ángulos de 90 grados en los procesos de fabricación de menor calidad pueden causar problemas con las trampas de ácido, lo que provoca un sobrecalentamiento. Incluso este problema se alivia principalmente hoy en día mediante un grabador fotoactivado.

        • Matt Bennett dice:

          No diría que apesta, es mejor que 90 grados, el ángulo se puede modelar como un condensador conectado a la pista, y es * realmente * pequeño (1pF a 1GHz tiene una reactancia de 160 ohmios, y dudo que el ángulo agrega cerca de pF)

          • Palmadita dice:

            Mierda, 160 ohmios sería un desastre. Puede ver 20 ohmios fácilmente (es como 1 dB), que sería como 100 fF.

            • Matt Bennett dice:

              ¿Lo es? Vas por el camino equivocado: a 1 GHz, 100 fF es un balasto de 1600 ohmios. Entiendo que un límite de 1pF sería una mala noticia a 1GHz, pero se necesitan decisiones de ingeniería. Cualquier continuidad de impedancia es mala en una línea de transmisión, pero es relativa. En GHz, sin una tolerancia extrema del material de la PCB, con una pista de tamaño razonable, es probable que un ángulo de 45 grados se vea abrumado por las otras variables del sistema.

            • Palmadita dice:

              Gah, tontamente lo pensé en términos de un cambio en la impedancia final de la pista, y también completamente equivocado. En cualquier caso, incluso 100 fF de exceso de capacidad pueden ser un problema si el circuito está sintonizado porque cambiará la frecuencia. Regularmente corté los planos de tierra debajo de las almohadillas para compensar esos pequeños parásitos.

              Sin embargo, la parte de las "decisiones de ingeniería" es simplemente estúpida: no hay razón para que el software de diseño de PCB no pueda hacer un arco en lugar de un 45 agudo, y calcular el inglete correcto para mantener el ancho de pista lo más constante posible es simplemente matemático. No existe una decisión de ingeniería para no compensar algo así. Es solo una falta de conocimiento o tiempo que ambos deben considerarse fallidos en las herramientas utilizadas.

    • Alexander Lang dice:

      Buen artículo, gracias por compartir.

    • jpa dice:

      Este sitio web con aspecto de los noventa tiene mucha información útil sobre la reducción de EMI: http://www.hottconsultants.com/tips.html

      • RandyP dice:

        Qué gran nombre de dominio.

      • evitar dice:

        Él es la autoridad en EMI, líneas de transmisión, reglas de disposición de PCB, etc.

        Vive en el centro de Jersey.

    • pabellón dice:

      Yo añadiría: siempre, SIEMPRE, piensa en rizos. Como aprendemos en la teoría de circuitos 101, un circuito es un circuito cerrado, desde una fuente, a través de un sumidero y de regreso a una fuente. Esta misma teoría se aplica de varias formas, desde DC hasta la luz del día. Para minimizar la radiación electromagnética, se DEBE minimizar la longitud del circuito a frecuencias de radio. Esto significa saltar temprano y con frecuencia, pero igualmente importante, considerando la proximidad de la capacitancia de derivación a la fuente del problema: el dispositivo activo. Y no solo proximidad física, sino eléctrica. ¿Cómo se ve todo el bucle? ¿Hay un retorno de tierra claro, especialmente en una tabla de dos capas? ¿Está el condensador físicamente cerca del pin de suministro? ¿Es la acción suficiente para justificar una mayor mitigación de EMI, como una cuenta lesionada?

      Aquí tienes una historia divertida de la habitación. Tuve un cliente que falló debido a emisiones falsas a 150 MHz, bastante mal. Todos los GPIO que salían del microcontrolador estaban "mojados", por lo que podría tener sentido tratar de mitigar la EMI en esas líneas. No. Me preguntaba dónde está Ethernet PHY (50 MHz y los armónicos a menudo están relacionados con Ethernet). Seguramente, hubo un mal final en la línea de reloj de 50 MHz desde el PHY a la radio.

      Pero aquí está la cuestión: los GPIO NO tienen la culpa. Aquí había un factor confuso. El final pobre de la línea del reloj llevó al timbre y el énfasis de las armonías más altas. Estas armonías llegaron al anillo IO del microcontrolador.

      Lo cual se pasó por alto.

      Para facilitar la reescritura del micro, el diseñador de la placa apoyó las tapas de derivación del micro. Cumplió absolutamente el propósito previsto, permitiendo el intercambio del micro fácilmente, pero la inductancia en serie agregada afectó la ventaja del bypass a 150 MHz. Como resultado, se permitió que todo el anillo IO tuviera una impedancia relativamente alta a 150 MHz, lo que invitaba a la inyección y emisión de ruido a través de cualquier IO conectado al riel.

      El enfoque de mitigación fue doble: agregar un extremo en serie a la línea de reloj de Ethernet y mover el microcontrolador acercándolo al IC. Afortunadamente, pudimos hacer estos cambios durante nuestra ventana de habitación de cuatro horas y ver una mejora sustancial. Los cambios se han reunido para el siguiente giro de la tabla y el producto ahora se ajusta.

      • pabellón dice:

        Lo siento, debería decir "hubo un final incorrecto en la línea de reloj de 50 MHz desde el PHY al * microcontrolador *".

      • Nate B dice:

        Esta es una anécdota fascinante, ya que señala que pasar por alto lo que funciona para las cuestiones fundamentales puede perder las armonías, lo que definitivamente no es obvio para los novatos.

        ¿Podría explicar qué quiere decir con "anillo IO"? ¿Se refiere a la colección de dispositivos laterales y conectores alrededor del microcontrolador en la placa, oa una estructura dentro de la matriz del microcontrolador? ¿O algo mas? (Este parece ser uno de esos términos, como "ferrocarril poderoso", que es tan obvio para aquellos que saben que nunca lo explican, pero confusamente oscuro para los principiantes que aún no están en ese nivel).

        • pabellón dice:

          Lo siento, pasé demasiado tiempo con los silicicistas. El anillo IO es, como adivinaste, una estructura en un dado. La forma en que funciona la fabricación, todas las almohadillas IO están en el borde del dado, por lo que el circuito asociado más directamente con IO forma literalmente un anillo alrededor del otro circuito de procesamiento. De ahí el anillo IO.

          A menudo, la hoja de datos mostrará un dibujo simplificado de un pin IO, pero lo describiré brevemente aquí. Por lo general, hay un controlador que consta de un par de FET de "tótem" de un suministro VDDIO dedicado a VSS, un búfer de entrada, conectado a un suministro interno y algo de administración de ESD, a menudo tan simple como un par de diodos pin IO. , uno a VDDIO y otro a VSS.

          Y aquí comienza el problema. VDDIO debe presentar una baja impedancia en un amplio rango de frecuencias para VSS, y no solo VSS, el VSS más estrechamente asociado con el circuito IO. Si eso no sucede, el ruido puede unirse al riel VDDIO y, una vez que está allí, puede extenderse a cualquiera de los pines IO.

          Entonces, ¿cómo llega ahí? Muchas maneras. El mayor culpable son los propios controladores IO. Cada vez que uno de estos controladores se enciende y apaga, extrae corriente del suministro VDDIO. Cuanto mayor sea la impedancia de ese suministro, nuevamente * en el punto de uso * (tenga en cuenta que muchos micrófonos tienen varios pines VDDIO, cada uno * debe * pasarse de forma independiente), más aumento de voltaje se inducirá al suministro y más ruido debe estar conectado.

          El mecanismo secundario es un poco más difícil, y probablemente lo que sucedió en el escenario anterior. ¿Recuerda todos esos controladores de salida, búferes de entrada y estructuras ESD? Bueno, todo el mundo tiene un condensador ligeramente parásito asociado. Probablemente sea pequeño, 1-2pF, pero incluso entonces, ¿cuál es la reactancia de capacitancia a 150 MHz? 500-1000 omo. Eso significa que puede modelar efectivamente esa entrada de reloj como si tuviera una resistencia de 500-1k al riel de suministro. Nuevamente, una vez que el ruido está en el riel de suministro, se le permite difundir cualquiera de los otros pines IO a través de un controlador activo de gama alta o simplemente a través de la misma ruta de capacitancia parásita que tomó hasta el suministro. La única forma de evitar esto es tener cuidado de no pasar bien ese suministro.

      • evitar dice:

        150MHz, ¿verdad?

        View post on imgur.com

        Tal vez intente insertar materiales capacitivos si aprobar es realmente crítico para su proyecto.
        http://multimedia.3m.com/mws/media/440094O/using-embedded-capacitance-to-improve-electrical-performance.pdf

        También refiérase a esto:
        http://www.ti.com/lit/ml/slyp173/slyp173.pdf

        • mímica dice:

          gracias por hacer referencia a estas cosas, es bueno tener una actualización de vez en cuando.

        • pabellón dice:

          Una derivación es fundamental para la mayoría de los proyectos, pero no tiene por qué ser difícil, costosa o intrusiva. En la mayoría de los casos, bastará con 1-2 0402 tapones de cerámica por 0,1-0,5 centavos por pin de suministro. El truco es asegurarse de no dispararse con el pie. Cuando organizo un arreglo, el primer paso es colocar los activos, inmediatamente después de la derivación y cualquier componente crítico EMI o SI (ferritas, terminación). Cuando se trata de ruta, las señales de potencia y de alta frecuencia siempre son lo primero. Generalmente, cuando no se ha seguido este enfoque, recibo una llamada telefónica, ya sea como diseñador (afortunadamente no últimamente) o como consultor de EMI.

      • Palmadita dice:

        "Yo añadiría: siempre, SIEMPRE, piensa en rizos".

        Si. Absolutamente. Yo diría que "recuerde que la corriente fluye en bucles. Puede ver la ruta de la señal, pero * tiene que imaginar la ruta de retorno justo debajo *".

        En proyectos de recuento de capas superiores, muchas veces necesita varias capas de tierra (no capas aisladas, solo varias capas), porque si apila capas de señal en un solo plano de tierra, habrá un cruce. Además, a veces necesitará señales de banda o CPWG, por lo que tendrá varias capas de tierra allí.

        Lo que a menudo se pasa por alto en estas situaciones es que cuando su señal pasa de una capa con su retorno a tierra en * un * plano a una capa con su retorno a tierra en un plano * diferente *, el flujo de retorno también necesita una ruta para cambiar capas. . Si no tiene uno, bueno, ese interruptor de capa puede * completamente * estropear la impedancia de esa pista. También provoca un aumento de EMI de esa pista, porque el bucle de señal ahora se encuentra en un área más grande de lo que pensaba.

        Es por eso que los paquetes de diseño súper sofisticados ahora tienen una ruta de retorno con especificaciones, por lo que se agregan automáticamente durante el enrutamiento.

        También es importante recordar que los aviones de potencia a menudo también regresan en busca de señales, por lo que es mejor evitar pistas con un interruptor pesado que cruce diferentes aviones de potencia cuando se encuentran en la capa adyacente. Por ejemplo, si la capa 3 es una capa poderosa y tiene varios planos allí, intente evitar que cualquier rastro en la capa 4 cruce esos espacios.

        Si * debe * tener señales cruzadas allí, coloque un condensador de acoplamiento justo al lado de la pista, * acoplando los dos planos * (por ejemplo, 3.3V -> 5V en el caso más simple), a veces llamado "puente de avión". Sin embargo, es mejor evitarlo por completo.

        • Maravilloso dice:

          "Lo que a menudo se olvida en estas situaciones es que cuando su señal pasa de una capa con su retorno a tierra en * un * plano a una capa con su retorno a tierra en * un plano diferente *, el flujo de retorno también necesita una ruta para cambiar de capas. . Si no lo ha hecho, bueno, eso un interruptor de capa puede * completamente * estropear la impedancia de esa pista. También está provocando un aumento de EMI de esa pista, ya que el bucle de señal ahora se encuentra en un área más grande de lo que pensaba. "

          Sucedió que estaba dirigiendo una señal desde la capa superior a la capa inferior en una computadora de 4 capas sin un capacitor de derivación al lado conectado a tierra y un plano de potencia. Para aumentar el dolor, tampoco conté la señal que cruza un plano de potencia separada ... ughhh, el bucle de corriente para esa señal probablemente se veía como espagueti: ‘)

          Ya conocía los bucles actuales / ruta de retorno actual, pero habiendo cometido ese error, la teoría se volvió bastante "real" de que no volveré a cometer este error en el corto plazo.

      • russdill dice:

        Sí, un área de bucle debe ser el número uno, dos y tres puntos del artículo, posiblemente seguido por antenas de muñón no intencionales. La mayoría de las cosas fluyen de un área rizada. ¿Por qué utilizamos condensadores sueltos? Proporcione una ruta de baja impedancia para la señal de retorno para minimizar el área del bucle. ¿Por qué tenemos un plano de tierra sólido con pocos cortes? Proporcione una ruta de retorno de baja impedancia para las señales. Y así sucesivamente. En comparación con un área rizada, coser es algo increíblemente sin importancia.

    • nsayer dice:

      Sí, el problema de las emisiones de 90 grados es un mito, pero sigo haciendo pares de 45 años solo porque creo que se ve más bonito.

      • Factura dice:

        Es más probable que las curvas de 90 grados disminuyan cuando la PCB está hecha de 45, especialmente en tableros grabados en casa.

      • Unferio dice:

        Vi curvas de 90 * utilizadas en una tarjeta WiFi de Cisco en lo que parecía un "núcleo de aire" grabado en PCB.
        Aunque es más probable que la curva se relacione con una definición de la longitud de la pista que estará presente en el campo que realiza el acoplamiento inductivo que con la capacidad de transmisión de la pista trasera (en todo caso, oh, y esa es mi suposición hasta ahora).

      • evitar dice:

        ¿No realiza pruebas de ESD / EFT?

        ¿La IEC 61000-4-2 no es válida para sus productos?

        • nsayer dice:

          Ni siquiera un poco.

    • Steven Gann dice:

      Buen artículo.

      Mi maestría me enseñó mucho, pero nada tuvo que ver con un proyecto de PCB y este resultó ser el aspecto más crítico de mi trabajo desde que me gradué. Aprendí algunas de estas cosas con dificultad, con prototipos de PCB fallidos. He visto cosiendo problemas térmicos antes, pero nunca lo había pensado en RF.

      • Nate B dice:

        > He visto cosiendo sobre problemas térmicos antes, pero nunca lo había pensado en RF.

        ¡Oh hombre! Simplemente haga una búsqueda de imágenes para "PCB RF" y lucir bien con vallas.

      • evitar dice:

        La costura se realiza generalmente para hacer guías de ondas planas para líneas de transmisión de líneas de banda.

        El objetivo de la configuración de la placa de circuito impreso es minimizar el área del bucle del circuito.

        Todos los rastros que no están por encima del nivel del suelo son estructuras de antenas.

        Reciprocidad de antena. Generas muchos emies con una frecuencia particular, también te gusta conseguirlos.

        La razón por la que irradia emisiones cerca del borde de la placa se debe al efecto de una línea de transmisión que genera una señal con líneas de campo a 5 veces el ancho de la pista sobre el plano del suelo. Por lo general, desea que el plano de tierra se acerque bastante al borde de la PCB y respalde las capas de señal si contienen trazas de transición altas o rápidas.

        Cuando configure su STM32 para el modo GPIO rápido, pregúntese, ¿esto realmente necesita ser rápido? Si la transición es rápida también sus armonías.

        • Unferio dice:

          Ver,
          He visto trabajos de PCB de alta calidad donde algunas pistas no se podían dirigir entre capas por alguna razón:
          Las pistas (especialmente los pares LVDS) están muy juntas con un espacio de PCB en blanco de aproximadamente 1/2 ″ o 10 mm entre ellas y el plano de tierra.

          Los PCB comúnmente mencionados están en una caja de metal con todos los rayos que no son de radio actuando en las carreteras cerca de los conductos de ventilación y conectores. (Incluso antes de que viera esta construcción en computadoras portátiles decentes)

        • Steven Gann dice:

          > Todos los rastros que no están por encima del nivel del suelo son estructuras de antenas.

          Esto es un problema porque normalmente estoy limitado a un PCB de dos capas.

          • Palmadita dice:

            ¡Las resistencias de cero ohmios son tus amigos! Puede obtener una bobina de, digamos, 1206 resistencias de 0 ohmios a bajo precio, y luego, cuando necesite pistas para cruzar, simplemente coloque una resistencia para hacerlo. Sin embargo, recuerde que siempre que haga esto, provocará algún cruce entre las dos señales que se están cruzando, ya que su retorno fluye a través de la misma sección del plano terrestre.

            Supongo que es mejor omitir una señal sobre potencia (o potencia sobre señal) en lugar de señalizar sobre una señal, porque la potencia en cualquier caso está desacoplada de alta frecuencia en el IC, por lo que la conexión física real de regreso a la fuente es baja frecuencia y la corriente de retorno se separa a través de la placa.

            La otra cosa que puede hacer es hacer más esfuerzo, pero en realidad puede ser * mejor *, es una camiseta de alambre (un calibre lo más pequeño posible, para que pueda hacer que la almohadilla para montarla sea lo más pequeña posible), e * instalar el jersey de alambre. en la parte posterior del tablero. * A frecuencias moderadas, los 2 lados del plano de tierra son funcionalmente * planos diferentes * (conectados eléctricamente en todas partes), por lo que las corrientes de retorno en un lado del plano ni siquiera ven las corrientes de retorno en el otro. lado de la aeronave.

            Un 1206 de 0 ohmios en la parte posterior también funcionaría, pero ocupará más espacio a menos que coloque la carretera en la plataforma, que generalmente es difícil de construir. El espacio real ocupado en el plano del suelo no es un gran problema, siempre y cuando se asegure de no correr un rastro sobre la parte superior de la plataforma en la capa del suelo. Simplemente corre por el sendero a través del espacio entre la camiseta.

            Hago tablas de 2 capas con bastante frecuencia, y las camisetas de 0 ohmios son completamente mis amigas. Los saltadores en la parte de atrás son una artimaña que la gente mira al mismo tiempo y dice "Oye, estás rompiendo el plano del suelo" y luego dices que no, no lo haces, solo usas el otro lado.

            • Steven Gann dice:

              Nunca pensé en usar resistencias de 0 ohmios como puentes. ¡Gracias por el consejo!

          • russdill dice:

            No entre en pánico, solo retenga su área rizada. Imagine solo la señal de retorno lo más cerca posible de la pista, pero en el plano de tierra. Para cada corte, debe salir y rodear. Puedes reducir la distancia con lo que yo considero un punto de cruz. Vacíe su vía del lado lejano hasta la parte superior un poco y luego retroceda. Esto crea un camino adicional para el plano terrestre. Si visualiza el área del bucle, puede encontrar muchas áreas donde puede manejar mal su plano de tierra y no tener muchas consecuencias, especialmente bajo los circuitos integrados. Crear placas de dos capas con buenos planos * y * planos de potencia de baja inductancia es una forma de arte, especialmente cuando tienes muchas señales.

            Un par de ejemplos:
            https://oshpark.com/shared_projects/gYONveQZ
            https://oshpark.com/shared_projects/CxpDITfd

            • Steven Gann dice:

              Gracias por los consejos y ejemplos.

    • Antron Argaiv dice:

      Últimamente he tenido la tarea de adquirir un dispositivo médico por radio y realizar emisiones.

      Sobre las emisiones de la fuente de alimentación: probamos varias fuentes de alimentación de los principales (y no tan importantes) fabricantes, todos los cuales afirmaron cumplir con los límites de emisión conducida. ¿Adivina qué? Ninguno de ellos pasaría sin un filtro de línea externo. Planea instalar uno.

      La otra área dura era un pico ancho de alrededor de 150 MHz.Esto resultó de una pantalla a color que se mantuvo en un soporte de metal (pero no atornillada ni unida de otra manera, ya que era una pantalla de calidad para el consumidor diseñada para encerrarse en una carcasa inteligente de plástico ). Tenía una caja de metal, pero eso no fue suficiente, tuvimos que usar cinta de cobre para sujetar la caja de la pantalla al soporte de metal.

      ¡¡¡Las pruebas de RFI son divertidas !!! (porque aprendes mucho y cuando regresas con un "pase", el jefe cree que eres inteligente)

      • Lobo dice:

        Pagamos mucho dinero a un tipo que viene con todo el equipo y las antenas para hacer nuestras pruebas CE ... Quiero su trabajo. 😉

        Solo señala dónde están los problemas y dónde no deben resolverse ...

        Aunque sabe dónde alojarse en un condensador de 100pf para "eliminar el borde" y chirriar por debajo de los límites, parece que es un practicante de las artes de RF negras. 😉

      • evitar dice:

        "Sobre las emisiones de la fuente de alimentación: probamos una serie de fuentes de alimentación de los principales (y no tan importantes) fabricantes que afirmaron cumplir con los límites de emisiones conducidas. ¿Adivina qué? Ninguno de ellos pasaría sin un filtro de línea externo. Planifique para instalar uno ".

        Verifique la configuración / conexión a tierra de su PCB. Si el dispositivo pasó CFR Título 47 Parte 15B, entonces probablemente sea algo que USTED hizo.

        • Pigo dice:

          Hemos tenido experiencias similares con módulos de fuente de alimentación de fabricantes de renombre. Al final, recibimos el informe del laboratorio de que su dispositivo no había producido emisiones y fueron y reestructuraron su suministro para cumplir realmente con las especificaciones que anunciaron en las hojas de datos. Y no parece que seamos un cliente que compra 100.000 unidades al año y se inclina hacia atrás para seguir operando con nosotros. Si compramos 1k al año, ya tenemos un buen año.

          • Antron Argaiv dice:

            Cuando releí la letra minúscula en sus hojas de datos, decía algo como "cuando se instala en computadoras compatibles"

            Ahora usted y yo sabemos que no hay casi nada más que el suministro de electricidad en sí mismo que contribuye a las emisiones conducidas, pero supongo que ese reclamo es su “sala de oscilación”.

            Ah, y los suministros eran todos "médicos", lo que significa que se suponía que debían cumplir con los requisitos de fuga IEC 60601-1, excepto las emisiones. ESO, lo hicieron. Estúpido yo. Supuse que si podían solucionar los problemas difíciles, las emisiones serían un paseo.

            Explicación posible: mire el tamaño de un filtro de línea, luego mire el tamaño de un suministro de intercambio. No hay espacio para igualar esos elementos de filtro en el suministro de cambio ... y la presión constante de los competidores para reducir los suministros.

            • evitar dice:

              IEC60601 significa que los requisitos de corriente actuales son muy estrictos porque los productos tienen cables.

              La corriente de fuga se conecta muy fácilmente mediante condensadores Y de gran valor en los filtros EMI de CA-CC de entrada. Otras fuentes son los calentadores terrestres terrestres, que son capaces de combinar el ruido en el conductor de tierra.

              Tenga en cuenta que muchas fuentes de alimentación tienen un condensador Y entre la tierra de salida continua secundaria y el lado común principal. Esto se hace para reducir el área rizada tanto como sea posible para no irradiar tanta EMI.

              No tener tapas en Y, o trabajar sin ellas, es difícil para suministros conmutados (de frecuencia fija, no resonantes). Estos suministros probablemente sean más estables, pero quizás esto se deba a que son más fáciles de entender y modelar.

              Las tapas en Y actúan como un filtro para el ruido de modo común junto con el estrangulador de modo común

              Si su método de conectar a tierra la fuente de alimentación del gabinete del producto es una mierda, entonces buena suerte con su filtración.

    • David Kuder dice:

      Para pistas que transportan intencionalmente señales de RF o HF, las pistas redondeadas son mejores que las pistas angulares, para la impedancia y el timbre reducido de las señales. Eche un vistazo a algunas redes WiFi o incluso ZigBee recientes y probablemente encontrará que los alimentadores de antena tienen pistas redondas con curvas de flujo en lugar de curvas nítidas de 90 grados. Desea llevar la mayor parte de esa señal a la antena, donde se puede irradiar en la (s) dirección (es) que desee. Mire las pistas de coincidencia de impedancia en placas con USB, PCIe u otros buses con pares diferenciales, encontrará pliegues redondos, no ángulos de 90 grados.

      • Antron Argaiv dice:

        La razón de esto (según Johnson, High Speed ​​Digital Design), es que el ancho de la línea de transmisión aumenta ligeramente a lo largo de un rectángulo. Por lo tanto, mantenga constante el ancho de la pista y minimizará las discontinuidades de impedancia que causan reflejos.

      • Mike Rothe dice:

        Creo que la razón de esto es que es más fácil calcular la impedancia, no que sea mejor.

      • russdill dice:

        Todavía puede usar pistas rectangulares, solo tiene que cortar desde la esquina exterior para mantener la impedancia aproximadamente igual. 2.4GHz es ciertamente el rango donde la señal puede detectar tales discontinuidades de impedancia. Otro truco es cortar agujeros en el plano de tierra debajo, esto se usa a menudo debajo de las tapas de los filtros o resistencias en serie, ya que la almohadilla es significativamente más ancha que la pista.

    • Mark Sherman dice:

      Si su proyecto no es un radiador intencional y lo coloca en una caja de metal, el interior puede ser un desastre, ¿verdad? Nadie sale de la caja.

      • Lobo dice:

        Si su caja no tiene aberturas, o tiene conectores y cables 100% blindados a la siguiente caja. 😉

        La RF es como el agua, fluirá por cualquier costura o conector no metálico.

      • Saabman dice:

        Si sólo fuera así de simple.

        El ruido está acoplado al cableado que se desvanece. Interruptores de plástico "fuga", los cueros son de plástico.

        Tu caja de metal también puede ser un radiador.

      • Nate B dice:

        > Nadie sale de la caja.

        ¿Entonces cuál es el punto? Si no tiene E / S ni interfaz de usuario ... ¡Me imagino que esto funciona para registrar la temperatura y la aceleración, y no mucho más!

        Tan pronto como tenga entradas de energía, cualquier i / s, interruptores, indicadores, pantallas, su caja ya no estará sellada. El escaneo de la matriz del teclado puede ser increíblemente ruidoso, especialmente si se realiza con GPIO sin prestar atención a limitar la velocidad letal de las señales. (Velocidad de movimiento = qué tan rápido cambia el voltaje = qué tan afilados son los bordes de las ondas cuadradas = qué tan rica en contenido armónico es la EMI resultante).

        Escaneo de matriz LED, lo mismo. El MAX7219 es un chip popular sin límite de velocidad, el MAX7221 es idéntico pero agrega esa característica. ¡Adivina cuál quieres usar si se trata de EMI!

        Tampoco se trata solo de productos comerciales. Si usa señales de radio usted mismo, el ruido de su propio equipo puede ser su mayor problema. Debido a que está tan cerca, no es necesario que sea particularmente ruidoso para ser problemático.

      • evitar dice:

        Si tiene cableado de campo, puede conectar el ruido que genera en la caja e irradiarlo / conducirlo fuera de la caja.

      • dcfusor2015 dice:

        FWIW, trabajo con una interferencia de RF MUY fuerte en presencia de señales de milivoltios (a veces más pequeñas), y no, no se puede ajustar una caja. Simplemente no puedes. Se me escapan las cifras precisas, pero aproximadamente 60dB lo está haciendo bastante bien (paquetes, sin antenas de grietas aleatorias, sin corrosión, conductores perfectos, trenza coaxial soldada a una caja de cobre a medida que avanza, atravesando heridas / tapas desplazadas, etc.) -

        Cuando se trabaja con 50kv, varias capacitancias parásitas en la línea de alta tensión, desde coaxial hasta aire puro, tiende a ser un Q realmente alto, y aunque la fuente de alimentación tiene un balasto interno "supuestamente resistente", las corrientes máximas pueden alcanzar accidentalmente un kilo amperio. .- a kilovoltios. P.ej Megavatios. Ahora estamos a unos metros trabajando con microvatios y tratando de decir, corregir espectros gamma o corregir cálculos de neutrones detectados ...
        Entonces, megavatios / microvatios, 10 ^ 12, ¡un poco más de 60 dB!

        El resultado es que tienes que proteger ambos extremos, una separación de energía seria y todo lo que se te ocurra, luego trabajar un poco hasta que realmente funcione lo suficientemente bien como para no parodiar tus propias medidas. Y, por cierto, he estado haciendo RF / EMI desde, oh, alrededor de principios de los 60. Conocer la teoría fría no es suficiente, sin embargo ayuda - al menos cuando encuentra su error, sabe por qué funcionó la solución; ~}

        Porque hago cosas en un "nivel de investigación", que en cierto sentido es más flexible que un "nivel de producto", porque solo tiene que ejecutarse el tiempo suficiente para obtener una respuesta ... y, a menudo, la salida de mi plataforma de prueba freirá las computadoras. por unos metros. incluso cuando no están conectados a nada, en realidad uso arduinos y escofinas como el infierno, es un entorno inconsistente como dice Eben, y son baratos y fácilmente reemplazables en caso de ups y eventos EMI más grandes de lo planeado.

        Tenga en cuenta que en la vida real un reactor de fusión como el que estoy trabajando no necesitaría esta instrumentación sensible directamente en el reactor, ¡eso es investigación! Algunas cosas que necesitas averiguar solo una vez ... luego puedes crear otras geniales.

    • Unferio dice:

      El ejemplo de costura parece ser una construcción, grado de PCB, calidad de soldadura y diseño de nivel de potencia similares a los productos wincor (Nixdorf / Siemens) antiguos (era 1994-1999) en los que estamos trabajando.

      Además, algunos de esos productos usan VCC (5 y / o 12v) como su protector de PCB, LOL

      • fonz dice:

        con suficiente bypass Vcc se conecta a tierra hasta que la CA se apaga

    • Dave Davidson dice:

      ¿Por qué no tener chips con un zócalo para el oscilador externo, suficiente espacio en tantos para acomodar esto con un soporte con punta SMD?

      • Unferio dice:

        Espesor del tablero ....

        Aunque nada los detiene de todos modos para conectar dos pines a la parte superior. Los pines no utilizados tienen tapas de supresión de armónicos / sobre oscilaciones de 10-14pF.

        El siguiente problema es que el chip se usa en una computadora de escritorio de aleación de metal decente: acortando la fuente del reloj a menos que esté aislada.
        Una cinta Capton durará tanto (¿un año como cualquier cosa proyectada para fallar?), Entonces la computadora simplemente “muere”.
        El ciudadano medio no sabría cómo arreglarlo, pero al menos supondríamos que debemos reemplazar la cinta de retención.

        • evitar dice:

          El grosor de la placa es una función del diseño de la pila, depende totalmente del diseñador qué pila utilizar.

      • evitar dice:

        Porque hay más de 1 tipo de oscilador externo, cada uno con un intercambio diferente, incluido el tamaño.

      • Luke Weston dice:

        Debido a que un oscilador en un zócalo sería relativamente grueso, utiliza una gran cantidad de área de placa, relativamente caro, menos confiable bajo alta vibración o aceleración, y agregará inductancia, capacidad parásita, etc.

    • Mystick dice:

      Olvidaste mencionar el refugio ... bien por ti, bien por ellos. bueno para todos.

    • Felipe Navarro dice:

      ¡El título es incorrecto! El mejor título es: Cómo no hacer un artículo.

      • Somun dice:

        Creo que accidentalmente todo el artículo.

    • Palmadita dice:

      ¡Tienes que cuidar a los heridos! Steve Weir tenía un gran artículo de DesignCon 2011, pero desafortunadamente parece lo más offline posible. Este artículo de Analog también se ocupa de ello.

      Las ferritas, seguidas de un condensador, forman un hermoso filtro LC, por lo que las usa. Pero, ¿por qué no usa un inductor normal? Debido a que el pico de LC resonante * amplificaría * las señales, no las atenuaría, y los heridos tienen pérdidas (resistentes) en su frecuencia de autorresonación.

      ¡Excepto que su gorra * mueve la resonancia LC de regreso a la región inductiva! * Lo que significa que si no te importa, una perla enrollada + un filtro LC pueden * amplificar * cambiar el ruido, ¡no suavizarlo!

      ¡La solución es simularlo! Es posible que deba agregar un polo dominante (tapa + pequeña resistencia en serie, o un electrolítico desagradable con ESR alta) para drenar la resonancia LC de la persona lesionada.

      Los heridos de Wurth Elektronik son * increíbles * porque proporcionan un conjunto completo de simulaciones de LT Spice para todos sus heridos. De modo que puede determinar muy, muy rápidamente cuál es la mejor solución.

      • Maravilloso dice:

        Encontré el artículo, parece una gran lectura;
        https://web.archive.org/web/20160913021207/http://ipblox.com/pubs/DesignCon_2011/11-TA3Paper_Weir_color.pdf

        • Palmadita dice:

          ¡Duh, Wayback Machine! La presentación que hizo de la perla del arte herida es aquí, y es una lectura rápida y fácil y una explicación de cómo manejarlos.

    • Pravin dice:

      Me gusta y me uniré

    • Mike Rothe dice:

      Este es un artículo muy oportuno para mí, ya que ahora estoy participando en un curso sobre proyectos de computadora y radio ámbar discutidos en mi última clase, creo recordar algo acerca de 1/10 de la distancia que se necesita la longitud de onda de la frecuencia para una alambre para convertirse en una línea de alimentación? De todos modos, un buen artículo no escucha a los que odian, gracias por tu artículo.

      • Maravilloso dice:

        Generalmente decimos que cualquier pista que sea más larga que 1/10 de la distancia de la frecuencia que transporta debe tratarse como una línea de transmisión.

        Aunque generalmente esto solo se usa para ondas sinusoidales, para ondas cuadradas tendemos a mirar la subida y la bajada hora.
        Los dispositivos analógicos tienen papel blanco (MT-097), donde dicen que multiplican el tiempo de subida en nanosegundos por dos y usan el resultado como la longitud máxima de traza en pulgadas antes de recomendar tratarlo como una línea de transmisión.

        Todas las señales disminuyen si no las trata como una línea de transmisión, pero aplicando reglas estará bien la mayor parte del tiempo.

    • Manía pedante dice:

      “... Nunca es un seno perfecto; es una combinación de ondas de diferentes frecuencias. "
      Creo que quieres decir que nunca es UN seno perfecto; es una combinación de MUCHAS ondas SIN PERFECTAS de diferentes frecuencias ”.

    • mauswerkz dice:

      También vale la pena señalar que las entradas (como los pines ADC) también pueden ser fuentes de ruido. Se sabe que los microcontroladores de TI en mi trabajo tienen este comportamiento. El reloj ADC sale en los pines, independientemente de la opción MUX.

      • evitar dice:

        Eso no suena bien.

        ¿El chip no tiene AVDD y AVDSS o VREF + y VREF- separados?

    • SFCircuits (@sfcircuits) dice:

      Hemos reunido una página sobre nuestras capacidades de PCB de RF y reunido una descripción general simple de algunos materiales de RF y materiales de unión generalmente recomendados para usar en una variedad de aplicaciones e industrias, incluida la electrónica de consumo, militar / espacial y médica.

      Míralo aquí:
      https://www.sfcircuits.com/pcb-production-capabilities/rf-pcb

Manuel Gómez
Manuel Gómez

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