Cómo minimizar el efecto RF en el diseño de interconexiones de PCB

Existen varias formas de minimizar el efecto de RF en un diseño de interconexión de PCB. Algunas de ellas son asegurarse de que las trazas no estén muy cerca unas de otras, utilizar una rejilla de tierra y separar las líneas de transmisión de RF de otras trazas.

Configuración multicapa

El efecto RF en el diseño de interconexiones de PCB es un problema habitual. Este efecto se debe principalmente a las propiedades no ideales de los circuitos. Por ejemplo, si un circuito integrado se coloca en dos placas de circuito diferentes, su rango operativo, sus emisiones armónicas y su susceptibilidad a las interferencias serán drásticamente diferentes.

Para minimizar este efecto, es necesaria una configuración multicapa. Una placa de este tipo debe tener un diseño razonable, una impedancia de alta frecuencia y un cableado sencillo de baja frecuencia. Utilizar el material de sustrato adecuado minimiza la pérdida de señal y ayuda a mantener una impedancia constante en todos los circuitos. Esto es crucial porque las señales pasan del circuito a las líneas de transmisión, y deben tener una impedancia constante.

La impedancia es otro aspecto del diseño de interconexiones de PCB. Es la impedancia relativa de dos líneas de transmisión, que comienza en la superficie de la placa de circuito impreso y se extiende hasta el conector o el cable coaxial. Cuanto mayor es la frecuencia, más difícil es gestionar la impedancia. Por lo tanto, el uso de frecuencias más altas parece ser un reto de diseño importante.

Creación de una rejilla de tierra

Una forma de reducir el efecto rf es crear una rejilla de masa en la placa de circuito impreso. Una rejilla de tierra es una serie de secciones de caja conectadas por trazas a tierra. Su propósito es minimizar el camino de retorno de la señal, manteniendo una baja impedancia. La rejilla de tierra puede ser una sola traza o una red de trazas superpuestas.

El plano de tierra actúa como referencia para calcular la impedancia de las trazas de señal. En un sistema ideal, la corriente de retorno permanece en el mismo plano que las trazas de señal. Sin embargo, en los sistemas reales, la corriente de retorno puede desviarse de la trayectoria ideal debido a diversos factores, como las variaciones en el cobreado de la placa de circuito impreso y el material laminado utilizado.

Separación de líneas de transmisión de RF de otras trazas

Al diseñar circuitos con múltiples trazas, es importante separar las líneas de transmisión de RF del resto del circuito. La separación de estas trazas es importante para evitar la diafonía. Para ello, lo mejor es separar las líneas de transmisión de RF al menos dos anchos de traza. Esta distancia reduce la cantidad de emisiones radiadas y minimiza el riesgo de acoplamiento capacitivo.

Las líneas de transmisión de radiofrecuencia suelen separarse del resto de trazas mediante estrías. En las placas de circuito impreso multicapa, las líneas discontinuas se construyen más fácilmente en las capas interiores. Al igual que las microstrip, las líneas discontinuas tienen planos de tierra por encima y por debajo de la línea de transmisión de RF. Aunque las líneas TEM con placas ofrecen mejor aislamiento que las microstrip, suelen tener mayores pérdidas de RF. Por este motivo, las líneas TEM con placas se suelen utilizar para señales de RF de alto nivel.

Utilización de cerámica PTFE

El efecto RF es una preocupación muy real en el diseño de interconexiones de PCB. Debido a las altas frecuencias, las señales que viajan por una traza pueden desplazarse. Esto hace que la constante dieléctrica cambie en función de la velocidad de la señal y de la geometría del trazado. La constante dieléctrica del material del sustrato de la placa de circuito impreso también afecta a la velocidad de la señal.

Si se compara la cerámica con la soldadura, la cerámica PTFE tiene ventaja sobre la cerámica FEP. La primera es más barata y fácil de fabricar, pero reduce la fiabilidad de la señal. Además, los materiales cerámicos de PTFE son menos propensos a absorber la humedad. Sin embargo, si las cerámicas de PTFE están cubiertas por hidrocarburos, la absorción de humedad aumentará.

Uso del trazado simétrico de la línea TEM con placas

El enrutamiento Stripline es un enfoque común en el diseño de circuitos digitales. Utiliza una capa dieléctrica intercalada entre dos planos de tierra con conductores de señal en el centro. Este método se denomina stripline simétrico. Las dimensiones típicas son s=2,0, w=3,0, t=1,0 y b=5,0.

Este método tiene dos grandes ventajas sobre el microstrip. Permite trazados más pequeños, que proporcionan más protección contra las señales agresoras. Además, el enrutamiento de la línea de contacto puede ayudar a minimizar el impacto de RF en el diseño de la interconexión. Sin embargo, requiere una cuidadosa consideración del apilamiento de las capas de la placa y de los materiales dieléctricos entre los planos de tierra.

En cuanto a la anchura de la pista de la placa de circuito impreso, no debe superar las dos pulgadas. Esto es importante para la lógica de alta velocidad, que tiene un tiempo de subida/caída de cinco nanosegundos. Es aconsejable terminar las pistas de PCB de lógica de alta velocidad con una impedancia característica y evitar huecos en el plano de referencia.