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Diafonia de Trilha PCB (CEM)

Estima a diafonia de trilha PCB (acoplamento capacitivo e indutivo) para análise de pré-conformidade CEM.

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Fórmula

V_cap = V_A × C_m × 2πf × Z, V_ind = L_m × 2πf × (V_A/Z)

Como Funciona

A diafonia de rastreamento de PCB ocorre por meio de dois mecanismos: acoplamento capacitivo (campo elétrico) e acoplamento indutivo (campo magnético). O acoplamento capacitivo injeta uma corrente proporcional a dV/dt do traço do agressor: V_cap = V_A × C_m × 2π f × Z, onde C_m é a capacitância mútua por metro e Z é a impedância de terminação da vítima. O acoplamento indutivo injeta uma tensão proporcional a dI/dt: V_ind = L_m × 2π f × (V_A/Z), onde L_m é indutância mútua por metro. A diafonia total é a soma vetorial. Ambos os mecanismos aumentam com a frequência, tornando a diafonia a principal preocupação da EMC para rastreamentos digitais de alta velocidade. A diafonia NEAR-END (NEXT) soma ambas as contribuições; a diafonia FAR-END (FEXT) faz com que elas sejam parcialmente canceladas. A diafonia é medida em dB em relação à tensão do agressor.

Exemplo Resolvido

Problema: Dois traços de microfita de 50 Ω funcionam em paralelo com capacitância mútua de 20 pF/m e indutância mútua de 10 nH/m. O agressor carrega 3,3 V a 100 MHz. Calcule a diafonia capacitiva, indutiva e total.
Solução:
1. Acoplamento capacitivo: V_cap = 3,3 × 20 × 10․ ² × 2π × 10․ × 50 = 3,3 × 20 × 10․ ² × 3,14 × 10¹ = 2,07 mV
2. Acoplamento indutivo: V_ind = 10 × 10․ × 2π × 10 × (3,3/50) = 10 × 10․ × 3,14 × 10 × 0,066 = 0,207 mV
3. Diafonia total: V_xt = √ (2,07² + 0,207²) = 2,08 mV
4. Conversa cruzada em dB: XT = 20·log( 2,08/3300) = 20·log․ (6,3×10․) = −64 dB
Resultado: a diafonia de −64 dB é típica dessa geometria. Abaixo de −40 dB é geralmente aceitável para a maioria dos sinais digitais.

Dicas Práticas

  • ✓Aumente o espaçamento entre traços — a diafonia cai aproximadamente como o quadrado da distância para acoplamento de campo distante; o espaçamento duplo geralmente reduz a diafonia em 12—18 dB.
  • ✓Use um traço de proteção amarrado ao solo em vários pontos entre os traços sensíveis da vítima e os traços ruidosos do agressor para interceptar o acoplamento de campo elétrico.
  • ✓Minimize o comprimento do percurso paralelo — a diafonia é proporcional ao comprimento paralelo; o roteamento ortogonal em camadas adjacentes reduz drasticamente a diafonia.

Erros Comuns

  • ✗Supondo que a diafonia seja apenas um problema de integridade do sinal, ela também cria fontes de emissão irradiadas; o ruído de rastreamento da vítima pode irradiar novamente se encaminhado para um cabo ou conector.
  • ✗Roteamento de pares de sinais de alta velocidade em paralelo para longas distâncias sem regras de espaçamento — o IPC-2141A recomenda uma regra de 3 W (separação de traços ≥ 3 × largura do traço) para manter a diafonia abaixo de -40 dB.
  • ✗Misturando diferentes linhas de impedância na mesma camada de camada — as incompatibilidades aumentam os reflexos que podem aumentar a diafonia.

Perguntas Frequentes

Depende da impedância da fonte e da impedância da carga. A diafonia capacitiva é pior quando o traçado da vítima tem uma alta impedância de carga. A interferência indutiva é pior quando a vítima tem baixa impedância. Para pares diferenciais em sistemas de 50/100 Ω, ambos são aproximadamente semelhantes; a regra IPC 2141 3W ajuda a controlar ambos.
Sim O ruído injetado no rastro da vítima pode ser transportado para conectores de E/S e irradiar dos cabos. Esse é um modo de falha comum em testes de EMC: a antena radiante não é a fonte agressora em si, mas um cabo de E/S acoplado por interferência.
Um plano de referência sólido fornece um caminho de retorno de baixa impedância diretamente abaixo de cada traçado, reduzindo a área efetiva do circuito e o coeficiente de acoplamento entre traços adjacentes. A interferência entre traços de listras (enterrados entre dois planos de referência) é 6—20 dB melhor do que a microfita na mesma separação de traços.

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