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Projetando sem EMI (ART709)

Uma das maiores preocupações que os projetistas de equipamentos eletrônicos têm em nossos dias é com a Interferência Eletromagnética ou EMI. As exigências para que as interferências causadas por equipamentos são cada vez maiores e a ampliação do uso de dispositivos de comutação rápida dificulta a sua eliminação. Veja neste artigo algumas dicas de como projetar minimizando os problemas de EMI de circuitos comuns. O artigo é baseado em um interessante material fornecido pela Vishay (www.vishay.com). O artigo não é recente, merecendo esta pequena revisão em 2012, pois cada vez mais a EMI é item predominante em qualquer projeto. Hoje, também são muitos os softwares de dsenvolvimento e simulação que já possuem como acessório a EMI. Se este problema afeta diretamente o seu projeto, verifique a possibilidade de trabalhar com estes softwares. No site do autor podem ser encontrados outros artigos sobre o assunto.

Existem muitas maneiras de se evitar que circuitos irradiem sinais in desejáveis ou ainda os transmita através de cabos de alimentação. Essa maneira podem ser já abordadas na fase de projeto dos circuitos, especificamente quando se projeta a placa de circuito impresso.

Evidentemente, nem sempre os cuidados com o projeto de uma placa permitem eliminar todas as interferências geradas por um circuito, caso em que componentes adicionais devem ser usados. No entanto, esses componentes já não precisão dar conta de todo o serviço, reduzindo apenas o que resta da EMI a um nível que torne o equipamento compatível com as exigências das normas.

 

Partindo da Placa de Circuito Impresso

A distribuição correta das trilhas, sua espessura e a adoção de técnicas que permitem blindar as trilhas críticas são alguns dos pontos que devem ser considerados no projeto de placas de circuito impresso. Assim, os seguintes pontos principais devem ser observados quando do projeto de uma placa:

* Evite trilhas de alta impedância principalmente as que conduzem correntes intensas. As linhas de alimentação devem ser as mais largas possíveis.

* Nas linhas que devem conduzir sinais e sejam algo longas incluam um plano de terra quando possível, para servir de blindagem.

* Mantenha as linhas de sinais de altas freqüências e de RF as mais curtas possíveis. Na figura 1 mostramos o que deve e o que não deve ser feito neste caso.

 

Trilhas de sinal - as mais curtas possíveis.
Trilhas de sinal - as mais curtas possíveis.

 

* Evite linhas com derivações. Essas linhas, quando percorridas por sinais de altas freqüências causam reflexões e produzem harmônicas. Na figura 2 mostramos o certo e o errado neste caso.

 

Evitar linhas com derivações.
Evitar linhas com derivações.

 

* Em componentes sensíveis, use áreas de blindagem nos seus terminais, devidamente aterradas, conforme mostra a figura 3.

 

Áreas de blindagem devidamente aterradas.
Áreas de blindagem devidamente aterradas.

 

* Uma técnica importante para se evitar tanto a captação como a irradiação de EMI por terminais sensíveis de componentes consiste no anel de guarda, conforme mostra a figura 4. Esse anel deve ser devidamente aterrado.

 

Colocação do anel de guarda
Colocação do anel de guarda

 

* Se um circuito usar alimentações separadas, evite que os componentes dos dois circuitos compartilhem da mesma área. Deixe os dois circuitos bem separados para que não haja acoplamento entre as fontes, conforme mostra a figura 5.

 

Os circuitos devem ficar bem separados.
Os circuitos devem ficar bem separados.

 

* Evite cantos agudos para as trilhas. Faça curvas suaves de modo a evitar problemas de campos.

* Se o circuito for multicamadas, cuide para que as trilhas dos diversos níveis sempre se cruzem em ângulo reto, para reduzir ao máximo o acoplamento por capacitância ou indutância, conforme mostra a figura 6.

 

Para redução do acoplamento por capacitância ou indutância.
Para redução do acoplamento por capacitância ou indutância.

 

* Não deixe trilhas em forma de anéis entre as camadas, pois elas atuam como antenas.

* Não deixe áreas condutoras flutuantes (desconectadas) pois elas podem funcionar como irradiadores de EMI. Sempre que possível, essas áreas devem ser ligadas ao ponto de terra do circuito, conforme mostra a figura 7.

 

Áreas condutoras devem ser aterradas sempre.
Áreas condutoras devem ser aterradas sempre.

 

* Nos setores independentes que devem ser alimentados por fontes comuns, sempre use componentes de desacoplamento na sua entrada. Na figura 8, mostramos como isso pode ser feito com indutores e capacitores.

 

Componentes (L e C) para desacoplamento da fonte.
Componentes (L e C) para desacoplamento da fonte.

 

* Os circuitos de maior velocidade de comutação e que, portanto podem gerar mais EMI, devem ser colocados os mais próximos quando seja possível da fonte de alimentação. Isso faz com que a menor distância até a fonte reduza a possibilidade de geração de ruídos na própria linha de alimentação, conforme mostra a figura 9. Nessa figura mostramos a disposição recomendada dos diversos elementos de um circuito, conforme sua velocidade de operação.

 

Circuito de maior velocidade mais próximos da fonte.
Circuito de maior velocidade mais próximos da fonte.

 

* Circuitos de características diferentes devem ser isolados. Em especial, devem estar bem separados os setores analógicos dos digitais de um circuito. Na figura 10 damos uma idéia de como isso deve ser feito.

 

Separação de circuitos com características diferentes.
Separação de circuitos com características diferentes.

 

Localização de Componentes

Além das trilhas bem planejadas, deve-se tomar especial cuidado com a disposição de certos componentes, principalmente aqueles que podem gerar EMI ou que são sensíveis a elas. Os seguintes cuidados são recomendados:

* Componentes de polarização ou de pull up/down devem ser colocados os mais próximos possíveis dos componentes em que devem ser ligados.

* Analise a possibilidade de se usar choques em modo comum, como o mostrado na figura 11, de modo a cancelar sinais que possam afetar o funcionamento do circuito.

 

Uso de choque em modo comum.
Uso de choque em modo comum.

 

* Desacople os pinos de alimentação dos CIs de comutação ou sensíveis à EMI colocando capacitores apropriados, os mais próximos quanto seja possível desses pinos, conforme mostra a figura 12. Dê preferência à capacitores cerâmicos multicamadas ou outros que tenham freqüências de ressonância muito altas e grande estabilidade.

 

Desacoplamento do pino de alimentação via capacitor.
Desacoplamento do pino de alimentação via capacitor.

 

* Minimize os efeitos de cargas capacitivas em saídas digitais, principalmente em circuitos CMOS. Essa redução pode ser obtida com uma diminuição do fanout. Com isso, a corrente na comutação será menor.

 

Conclusão

Os procedimentos que vimos envolvem apenas o projeto da placa de circuito impresso e os componentes, além de alguns cuidados com acoplamentos e desacoplamento de circuitos.

Nos casos em que esses procedimentos apenas reduzam, mas não levem aos níveis ideais de EMI, recursos adicionais devem ser empregados.

Esses recursos envolvem o uso de filtros de diversos tipos em configurações que abordaremos em outra oportunidade.

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