Diafonía de Pistas PCB (EMC)
Estima la diafonía de pistas PCB (acoplamiento capacitivo e inductivo) para análisis de pre-cumplimiento EMC.
Fórmula
V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z, V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z)
Cómo Funciona
La diafonía de trazas de PCB se produce a través de dos mecanismos: acoplamiento capacitivo (campo eléctrico) y acoplamiento inductivo (campo magnético). El acoplamiento capacitivo inyecta una corriente proporcional a dV/dt de la traza del agresor: V_cap = V_A × C_m × 2π f × Z, donde C_m es la capacitancia mutua por metro y Z es la impedancia de terminación de la víctima. El acoplamiento inductivo inyecta una tensión proporcional a di/dt: V_ind = L_m × 2π f × (V_A/Z), donde L_m es la inductancia mutua por metro. La diafonía total es la suma vectorial. Ambos mecanismos aumentan con la frecuencia, lo que convierte a la diafonía en una de las principales preocupaciones de EMC para las trazas digitales de alta velocidad. La diafonía en el extremo cercano (NEXT) suma ambas contribuciones; la diafonía en el extremo lejano (FEXT) hace que se cancelen parcialmente. La diafonía se mide en dB en relación con la tensión del agresor.
Ejemplo Resuelto
Problema: Dos trazas de microbanda de 50 Ω corren en paralelo con una capacitancia mutua de 20 pF/m y una inductancia mutua de 10 nH/m. El agresor transmite 3,3 V a 100 MHz. Calcule la diafonía capacitiva, inductiva y total. Solución: 1. Acoplamiento capacitivo: V_cap = 3,3 × 20×10～²² × 2π × 10 × 50 = 3,3 × 20×10-1-²² × 3,14 × 10¹ = 2,07 mV 2. Acoplamiento inductivo: v_Ind = 10×10-7° × 2π × 10× (3.3/50) = 10×10～× 3,14×10× 0,066 = 0.207 mV 3. Diafonía total: v_XT = √ (2.07² + 0.207²) = 2.08 mV 4. Diafonía en dB: XT = 20·log( 2,08/3300) = 20·log( 6,3×10-5.4) = −64 dB Resultado: la diafonía de −64 dB es típica de esta geometría. Por lo general, es aceptable que la mayoría de las señales digitales estén por debajo de -40 dB.
Consejos Prácticos
- ✓Aumente el espaciado de las trazas: la diafonía cae aproximadamente como el cuadrado de la distancia para el acoplamiento de campo lejano; duplicar el espaciado a menudo reduce la diafonía entre 12 y 18 dB.
- ✓Usa un rastro de guardia atado al suelo en varios puntos entre los rastros sensibles de la víctima y los rastros del agresor ruidoso para interceptar el acoplamiento del campo eléctrico.
- ✓Minimice la longitud del recorrido paralelo: la diafonía es proporcional a la longitud del paralelo; el enrutamiento ortogonal en las capas adyacentes reduce drásticamente la diafonía.
Errores Comunes
- ✗Suponiendo que la diafonía es solo un problema de integridad de la señal, también crea fuentes de emisión radiadas; el ruido de la traza de la víctima puede volver a irradiarse si se dirige a un cable o conector.
- ✗Enrutamiento de pares de señales de alta velocidad en paralelo para largas distancias sin reglas de espaciado: el IPC-2141A recomienda una regla de 3 W (separación de trazas ≥ 3 veces el ancho de trazo) para mantener la diafonía por debajo de -40 dB.
- ✗Al mezclar diferentes líneas de impedancia en la misma capa de capa, los desajustes aumentan los reflejos, lo que puede aumentar la diafonía.
Preguntas Frecuentes
¿Qué es más perjudicial, la diafonía capacitiva o inductiva?
Depende de la impedancia de la fuente y de la impedancia de carga. La diafonía capacitiva es peor cuando el rastro de la víctima tiene una impedancia de carga alta. La diafonía inductiva es peor cuando la víctima tiene una impedancia baja. En el caso de los pares diferenciales en sistemas de 50/100 Ω, ambos son más o menos similares; la regla IPC 2141 de 3 W ayuda a controlar ambos.
¿La diafonía de EMC afecta a las emisiones radiadas?
Sí El ruido que se inyecta en el rastro de una víctima puede llegar a los conectores de E/S e irradiarse desde los cables. Este es un modo de fallo habitual en las pruebas de compatibilidad electromagnética: la antena radiante no es la fuente del agresor en sí misma, sino un cable de E/S acoplado mediante una diafonía.
¿Cómo ayuda un plano de referencia a reducir la diafonía?
Un plano de referencia sólido proporciona una ruta de retorno de baja impedancia directamente debajo de cada traza, lo que reduce el área efectiva del bucle y el coeficiente de acoplamiento entre las trazas adyacentes. La diafonía entre las trazas de la línea de banda (enterradas entre dos planos de referencia) es de 6 a 20 dB mejor que la de las microbandas con la misma separación de trazas.
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