PCB e compatibilità elettromagnetica: 8 suggerimenti pratici

In questo articolo scoprirai 8 consigli pratici per ridurre i più comuni disturbi di compatibilità elettromagnetica nel tuo circuito stampato. Per compatibilità elettromagnetica intendo i disturbi interni al circuito e i disturbi che il circuito può emettere all’esterno. In questo articolo non verrà affrontato un altro aspetto: la protezione del circuito nei confronti di disturbi che vengono dal mondo esterno.

✅ Ricordati sempre di posizionare i condensatori di disaccoppiamento vicino ai pin di alimentazione positiva dei circuiti integrati. I condensatori di disaccoppiamento servono a far arrivare al circuito integrato un alimentazione quanto più possibile priva di disturbi (i condensatori di disaccoppiamento agiscono sia come filtri che come riserva di energia). Questi disturbi derivano dalle commutazioni dei circuiti integrati digitali e possono ripercuotersi sulle linee di alimentazione andando a creare dei cali di tensione momentanei.

Il valore più comune di questi condensatori è 100nF però consulta sempre il datasheet del circuito integrato perchè in alcuni casi è consigliato inserire più condensatori in parallelo per avere un comportamento in frequenza più ampio (ad esempio i condensatori da 10nF sono adatti per filtrare disturbi con una frequenza di circa 70MHz mentre i condensatori da 100nF servono a filtrare i disturbi con una frequenza di circa 10MHz) Nella figura qui sotto è rappresentato l’andamento in frequenza dell’impedenza di alcuni condensatori: il punto di minimo del grafico è dove il condensatore filtra di più i disturbi.
 Quando sbrogli il circuito, posiziona questi condensatori in modo che siano distanti al massimo 2-3mm dal corrispondente pin di alimentazione positivo del circuito integrato. E’ importante che la traccia dell’alimentazione raggiunga PRIMA il condensatore e successivamente il pin del circuito integrato. L’altra pad del condensatore è collegata alla diffusione di massa oppure attraverso un foro di via a un layer interno che contiene il piano di massa.

✅ Inserisci nelle linee di alimentazione delle ferriti (sono componenti che a differenza delle induttanze principalmente dissipano energia e quindi funzionano da filtri).

✅ Inserisci dei resistori serie da 47 o da 50Ohm in corrispondenza dei pin dei microcontrollori che generano segnali con commutazioni ad alta velocità. Mi riferisco ai segnali dei bus SPI, HDMI, USB o anche del bus UART quando il baudrate è superiore a 9600bps. Questi resistori servono a ridurre i ringing di tensione sui segnali. I ringing di tensione sono, infatti, causa di disturbi interni al circuito: ad esempio possono generare commutazioni non volute su altri segnali.

✅ Separa il più possibile le tracce che scorrono per una certa lunghezza parallele tra loro. Questo consente di ridurre il crosstalk cioè l’influenza reciproca che i segnali hanno. Un esempio tipico di crosstalk è quando il segnale di reset di un microcontrollore presenta delle commutazioni non volute che sono dovute ad esempio a un segnale digitale che scorre per una certa lunghezza parallelo al segnale di reset.

✅ Raggruppa in un’unica zona del circuito stampato i componenti analogici (ad esempio amplificatori operazionali, amplificatori a guadagno programmabile, filtri analogici). Se in una zona del tuo circuito stampato ci sono segnali analogici, non tracciare in quello stesso layer e in quella stessa zona segnali digitali. Se hai poco spazio, puoi tracciare in quella stessa zona i segnali digitali in un altro layer.

✅ Presta attenzione al posizionamento e al layout dei DC-DC converter (mi riferisco a qualsiasi tipologia). Controlla sempre le indicazioni fornite dal datasheet del controllore o del modulo che usi. Ad esempio questo è il posizionamento e il layout suggerito per il DC-DC converter step-down basato sull’integrato LM61460. I condensatori Cin,HF1 e Cin,HF2 sono posizionati nelle immediate vicinanze dei pin del controllore. I resistori RFbb e Rfbt che determinano la tensione di uscita dello stadio di alimentazione sono posizionati vicini tra loro. I collegamenti con i condensatori di ingresso, l’induttanza e i condensatori di uscita non sono realizzati con tracce semplici ma con piani.

✅ Se progetti un circuito multilayer (mi riferisco a PCB con 4 o più layer) dedica uno o più layer a un piano di massa continuo. In questi layer, quando interrompi il piano con una traccia, introduci un’apertura che in determinati casi (frequenza, lunghezza della traccia) può diventare un’antenna e di conseguenza emettere un disturbo all’esterno.

✅ Se nel tuo circuito ci sono segnali ad alta frequenza (ad esempio segnali collegati a memorie DDR) scegli PCB a 8 o a 12 layer e sbroglia questi segnali principalmente nei layer interni vicini a un layer di massa (ad esempio i layer 3 e 6 per un PCB a 8 layer e i layer 3 e 10 per un PCB a 12 layer)

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