Cómo reducir la EMI en sistemas de señal mixta utilizando diseños de conexión a tierra de PCB adecuados

^{Las huellas y vertidos pueden incluso parecer carreteras.}

Cuando vivía en Filadelfia, solía conducir durante una hora hacia y desde el trabajo. Aquellos de ustedes que han hecho largos viajes diarios saben el tipo de furia en la carretera que incluso un retraso de 5 minutos puede desencadenar. Afortunadamente, la planificación de la ciudad de Filadelfia es particularmente eficiente como resultado de los cuidadosos diseños de William Penn. Si no fuera por sus esfuerzos en la eficiencia del tráfico, pasaría más tiempo haciendo gestos con las manos que dirigiendo. A veces, diseñar un PCB de señal mixta puede parecer una planificación de carreteras urbanas. Si se hace sin previsión, puede causar "rabia en la carretera" de los PCB y producir tanto "ruido" eléctrico como la bocina de mi automóvil. Mantener su placa conectada a tierra lo ayudará a comenzar el camino hacia una interferencia electromagnética (EMI) y una PCB sin ira. Aquí hay algunas sugerencias para mantener su tablero tranquilo y bien fundamentado.

Mejores prácticas para conexión a tierra de señal mixta

Usted sabe que las soluciones de puesta a tierra a menudo necesitarán adaptarse específicamente para los PCB de señal mixta, pero, sin embargo, existen varias "mejores prácticas" que pueden ayudarlo.

Al diseñar, recuerde elegir el sistema de conexión a tierra óptimo; cable de bus, rejilla o avión.

Cable de bus: para la mayoría de los PCB con sistemas de señal mixta, un cable de bus no es una buena solución. La impedancia de un cable de bus puede ser bastante grande en las frecuencias del sistema y esto provocará grandes caídas de voltaje.

Conexión a tierra: la red a tierra puede ser una solución equilibrada para PCB de dos capas que no tienen suficiente espacio para un plano de tierra de PCB completo, pero no pueden aceptar las caídas de voltaje asociadas con un cable de bus. La cuadrícula no tiene que ser una malla cuadrada, sino que debe tener tanta área como sea posible. Un área más grande reducirá la impedancia de la red y permitirá más conexiones de rastreo, lo que a su vez acorta las rutas de retorno de corriente. Si usa una cuadrícula, tenga especial cuidado para asegurarse de que las rutas de corriente de retorno de CA / CC no se crucen.

Plano de puesta a tierra: normalmente, la mejor solución para la puesta a tierra en una PCB es un plano de puesta a tierra completo. La geometría del plano de tierra garantiza la impedancia más baja posible y a menudo ofrece las rutas de retorno de corriente más directas. Además, un plano de tierra completo protegerá un PCB más que una rejilla de tierra. Al igual que con una red, se debe tener cuidado al conectar circuitos integrados (IC) al plano de tierra de la PCB para garantizar que las rutas de corriente de retorno no se crucen. Como suele ser el caso, cuanto "mejor" sea la solución, más costosa será. Si eres tan frugal como un cuáquero, puede valer la pena calcular la impedancia asociada con el uso de un cable de bus o una rejilla de conexión a tierra.

^{La conexión a tierra real no es tan fácil como en los esquemas.}

Algunos diseños de señales mixtas pueden usar dos planos de puesta a tierra separados en un intento de separar los circuitos analógicos y digitales para reducir la EMI. Sin embargo, tener dos planos de puesta a tierra completamente separados significará que las referencias para ciertos podrían ser diferentes. Esto puede introducir errores en su. En los circuitos con un convertidor de datos, se pueden conectar planos de tierra separados utilizando un cordón de ferrita y diodos Schottky. Sin embargo, para sistemas más generales, los dos planos de puesta a tierra pueden fusionarse, o puede usarse un plano de puesta a tierra de PCB. Esto es mientras las rutas de retorno de corriente CA / CC no se crucen entre sí, lo que resultará en una "diafonía" (como la "diafonía" que grito cuando alguien me interrumpe). Recomiendo usar un plano de tierra sólido, preferiblemente, con rutas de retorno de corriente cuidadosamente planificadas. Si no es posible un plano sólido, corte los espacios en el plano para separar los componentes de CA / CC y sus rutas de retorno de corriente. Un plano de tierra con espacios aún es contiguo y será una buena referencia, pero introducirá pequeñas cantidades de ruido en los circuitos. Si corta espacios, no pase rastros sobre ellos, ya que los espacios pueden actuar como antenas. Independientemente del método que utilice, intente mantener las rutas de retorno actuales lo más cortas posible. Esto ayudará a reducir la EMI que puede ser irradiada por los bucles actuales.

Si tiene condensadores de derivación o desacoplamiento en el diseño de su PCB, conectarlos directamente al plano de tierra ayudará a reducir la EMI. La conexión a tierra de estos condensadores garantiza rápidamente que las corrientes de retorno tengan una ruta muy corta para completar su circuito. Si la ruta de conexión del condensador a tierra es demasiado larga, sus corrientes de retorno pueden tomar un atajo y terminar donde no deberían estar.

^{Tanto las ciudades como los circuitos integrados necesitan un buen terreno}

Consejos prácticos para circuitos integrados de señal mixta

Como sabe, los sistemas de señal mixta tienen complicaciones, pero los circuitos integrados de señal mixta pueden presentar complicaciones adicionales. Las diferentes combinaciones de estos requieren diferentes soluciones, aquí hay algunos consejos cuando se trata de circuitos integrados de señal mixta.

PCB con un solo CI de señal mixta

Si ha diseñado circuitos de audio antes, puede estar familiarizado con los terrenos estelares. Cuando se diseña una PCB que solo tiene un CI de señal mixta, una conexión a tierra en estrella puede ser una gran solución. El suelo estelar utiliza un solo punto como referencia en lugar de una capa de plano completa. Para los convertidores, y algunos otros chips de señal mixta, el fabricante normalmente recomienda que los pines AGND y DGND se conecten juntos fuera del chip, esta conexión puede actuar como su estrella. Si está utilizando dos planos de tierra separados con un solo circuito integrado de señal mixta, también puede unir los dos planos de tierra del chasis en ese punto.Una complicación con las estrellas es que las conexiones a la estrella deben ser lo más cercanas posible a la misma longitud. Si esa configuración no es práctica para su circuito, es mejor usar otro tipo de tierra.

PCB con múltiples circuitos integrados de señal mixta

Si su placa de circuito impreso está utilizando más de un circuito integrado de señal mixta, la conexión a tierra en estrella no es práctica. Esto se debe a que necesitaría unir el AGND y el DGND de cada IC junto a cada caso de IC, todo exactamente en el mismo punto. Ni siquiera William Penn pudo planear esa intersección. Si está construyendo una PCB que tiene múltiples circuitos integrados de señal mixta, le recomiendo usar un plano de tierra con espacios para separar las corrientes de retorno, o sin espacios y rutas de corriente de retorno cuidadosamente controladas.

Los terrenos del sistema de señal mixta requieren una planificación de diseño cuidadosa, ya que las rutas de retorno deben verificarse para reducir EMI y "diafonía". La planificación de diseño es muy difícil si todo parece igual.Recomiendo usar su software de diseño de PCB para codificar por color sus componentes y redes para que pueda separar visualmente los sistemas de CA y CC, o pines si está trabajando con circuitos integrados de señal mixta. CircuitStudio^® tiene documentación que muestra cómo cambiar los colores en su tablero impreso.

A veces, las carreteras congestionadas y la furia de la carretera son inevitables, pero los PCB congestionados no lo son. Un buen diseño de conexión a tierra puede reducir la EMI en su placa y mantenerlo libre de ira.

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