Medidas de interferência na conceção de placas de circuito impresso

Se está à procura de medidas de interferência na conceção de placas de circuito impresso, veio ao sítio certo. Estas medidas incluem blindagem, ligação à terra, linhas de transmissão e filtros passa-baixo. Estas medidas podem ajudar a evitar EMI e ruído, bem como a melhorar o desempenho dos seus produtos electrónicos.

Blindagem

A blindagem é uma parte importante do processo de conceção da placa de circuito impresso. Evita que a EMI, ou interferência electromagnética, interfira com a placa de circuitos. A EMI é causada por sinais eléctricos, que são frequentemente de frequência mais elevada do que a própria placa de circuitos. As protecções metálicas ou latas na placa de circuitos ajudam a bloquear este tipo de interferência. A blindagem é um aspeto importante da conceção da placa de circuito impresso, independentemente de a placa ser concebida para circuitos analógicos ou digitais.

Normalmente, o material de proteção é constituído por várias camadas de cobre. Estas camadas de cobre estão ligadas umas às outras através de vias cosidas e a camada de blindagem é colocada entre elas. Uma camada de cobre sólida oferece uma maior blindagem, enquanto as camadas de cobre com hachuras cruzadas oferecem blindagem sem comprometer a flexibilidade.

Os materiais de proteção são frequentemente feitos de cobre ou estanho. Estes metais são úteis para blindar os circuitos, uma vez que os isolam do resto da placa. A blindagem também pode alterar a espessura de um circuito flexível. Como resultado, pode diminuir a capacidade de dobragem. Os materiais de blindagem devem ser escolhidos com cuidado, porque há certos limites para a flexibilidade de uma placa de circuito.

Ligação à terra

A ligação à terra na conceção de placas de circuito impresso é importante para manter a integridade do sinal e minimizar a EMI. Um plano de terra de referência fornece um caminho de retorno limpo para os sinais e protege os circuitos de alta velocidade da EMI. A ligação à terra adequada da placa de circuito impresso também pode ajudar com os circuitos de alimentação. No entanto, há vários factores a considerar na conceção de circuitos de PCB antes de começar.

Primeiro, isole os pontos de terra analógicos do plano de potência. Isto pode evitar picos de tensão no plano de potência. Além disso, distribua condensadores de desacoplamento por toda a placa. Para componentes digitais, deve utilizar um condensador de desacoplamento com o mesmo valor que o plano de potência. Em segundo lugar, evite distribuir o plano de terra em mais do que uma camada, o que aumentará a área do circuito.

Os planos de terra não devem estar demasiado próximos dos componentes electrónicos. A indução electromagnética (EMI) provoca o acoplamento de sinais se dois traços forem colocados demasiado próximos. Este fenómeno é conhecido como diafonia. Os planos de terra são concebidos para minimizar a diafonia e reduzir a EMI.

Linhas de transmissão

As linhas de transmissão são importantes para a conceção de placas de circuito impresso porque podem afetar a funcionalidade da placa. As propriedades de uma linha de transmissão incluem a impedância caraterística e o atraso de propagação. Quando estes parâmetros não são controlados, podem causar reflexões de sinal e ruído eletromagnético. Isto reduzirá a qualidade do sinal e pode comprometer a integridade da placa de circuitos.

As linhas de transmissão podem ter diferentes formas, incluindo striplines e guias de onda coplanares. Cada tipo de linha de transmissão tem uma impedância caraterística, que é determinada pela largura e espessura da tira condutora. Ao contrário de outros tipos de linhas de transmissão, as linhas estriadas não necessitam de um único plano de terra, uma vez que a sua tira condutora pode ser incorporada entre duas camadas diferentes.

Outro tipo de linha de transmissão são as microstrips, que são normalmente utilizadas na camada mais externa de uma placa de circuito impresso. Estes tipos de traços oferecem uma impedância caraterística elevada, que varia com a frequência. Esta diferença de impedância leva à reflexão do sinal, que viaja na direção oposta. Para evitar este efeito, a impedância deve ser igual à impedância de saída da fonte.

Filtros passa-baixo

Os filtros passa-baixo são utilizados para filtrar sinais, como ondas de rádio, a baixas frequências. A utilização de condensadores como filtros passa-baixo num desenho de placa de circuito impresso pode melhorar o desempenho de um circuito. No entanto, nem sempre é possível utilizar o material da placa de circuito impresso Rogers 4003 e este nem sempre está disponível no mercado.

As ferrites são normalmente utilizadas como filtros passa-baixo, mas este material é suscetível de saturação quando é exposto a corrente contínua. Como tal, nem sempre é possível utilizá-la como elemento passa-baixo se a impedância do circuito for superior à impedância da ferrite.

Como soldar os componentes do chip

Soldadura manual

A soldadura manual envolve a aplicação de calor e pressão ao componente para formar uma ligação forte. Ao contrário das máquinas de soldadura por onda ou por refluxo, a soldadura manual é efectuada por um indivíduo com um ferro de soldar e uma estação de soldadura. A soldadura manual pode ser efectuada em componentes mais pequenos ou para reparação e retrabalho.

Para começar a soldar, segure a ponta do ferro de soldar no condutor ou no ponto de contacto do chip. De seguida, toque com a ponta do fio de solda no condutor. Depois, aqueça o fio e a solda até que a solda flua. Certifique-se de que a solda cobre todo o condutor ou ponto de contacto. Para evitar a formação de pedras tumulares, não mantenha o calor num dos lados do chip durante muito tempo. Caso contrário, a solda irá refluir para o lado oposto.

O processo de solda manual é geralmente a etapa final da montagem do protótipo. Ao usar uma ferramenta de solda da Thermaltronics, é possível finalizar detalhes finos em componentes de montagem de superfície e de passagem. Ao usar a solda manual, é melhor usar um ferro com temperatura controlada. O uso de um ferro sem controle de temperatura não produzirá juntas elétricas confiáveis.

Soldadura através de orifícios

A soldadura através de orifícios é um processo que consiste em montar um componente com fios de chumbo. Os fios de chumbo são inseridos nos orifícios utilizando um alicate, que é mantido contra o corpo do componente. É importante aplicar uma ligeira pressão sobre os fios à medida que são inseridos nos orifícios de passagem. Este processo assegura que os fios dos componentes das pastilhas não ficam demasiado esticados. O estiramento excessivo pode afetar a colocação de outros componentes na placa de circuito impresso. Além disso, pode afetar o aspeto de todo o processo de soldadura através de orifícios.

Antes de soldar, é importante limpar a superfície do componente do chip. Para limpar um componente de circuito integrado, pode utilizar uma almofada 3M Scotch-Brite ou lã de aço de qualidade superior. É importante utilizar o fluxo de soldadura correto, uma vez que o fluxo solúvel em água pode oxidar o PCB ou o componente do orifício de passagem.

Soldadura sem chumbo

A soldadura sem chumbo é um processo que utiliza solda sem chumbo e um ferro de soldar de maior potência. Para obter um desempenho ótimo, as temperaturas de soldadura devem ser suficientemente elevadas para transferir calor suficiente para o componente do chip. A temperatura necessária depende do volume do componente, da massa térmica e das tolerâncias da placa.

O primeiro passo para a soldadura sem chumbo é determinar se os componentes do chip são compatíveis com a solda sem chumbo. O processo não é isento de complicações. Alguns componentes de pastilhas são revestidos com uma liga de estanho e chumbo para poderem ser soldados. No entanto, este tipo de revestimento viola a legislação ambiental. Felizmente, alguns fabricantes de chips encontraram formas de utilizar solda sem chumbo com componentes de estanho-chumbo. Isto é conhecido como compatibilidade com versões anteriores.

Outra forma de tornar os componentes das pastilhas sem chumbo é utilizar chumbo-níquel. O níquel-chumbo é utilizado há anos com solda de estanho-chumbo. Outra opção é a solda Ni-Pd-Au. No entanto, o Ni-Pd-Au não é molhável da mesma forma que o estanho.

Fluxo em solda sem chumbo

O fluxo é um agente de pré-processamento utilizado durante o processo de soldadura. O fluxo promove ligações metalúrgicas entre os componentes das pastilhas, para que as juntas de soldadura não se partam ou flutuem em resposta ao stress. Também remove a oxidação das superfícies, o que facilita a molhagem, o processo de solda que flui sobre a superfície.

Os resíduos de fluxo podem provocar corrosão e crescimento dendrítico nos conjuntos de PCB. Depois de soldar os componentes das pastilhas, os resíduos devem ser limpos com um bom removedor de fluxo. Para obter melhores resultados, incline a placa durante a limpeza para que o excesso de solvente escorra da placa. Pode ser utilizado um toalhete que não largue pêlos ou uma escova de crina de cavalo para esfregar suavemente a placa.

O fluxo é um componente importante da solda sem chumbo. Limpa a superfície do metal para garantir uma boa ligação metalúrgica. Juntas de solda ruins podem levar a falhas dispendiosas de componentes. Felizmente, o fluxo é um agente químico de limpeza que pode ser aplicado antes da soldadura e durante o próprio processo.

Limpar o excesso de solda

Ao soldar componentes de chips, é frequentemente necessário limpar o excesso de solda. Mas pode ser difícil remover a solda que já foi aplicada. Uma vez aderida ao componente, a solda já terá sido aquecida duas ou três vezes. Cada reaquecimento altera a composição física do metal. Como resultado, a solda torna-se cada vez mais frágil. Para evitar isso, é melhor remover a solda antiga e substituí-la por uma nova.

Outra opção é usar uma trança de solda para remover o excesso de solda do componente do chip. Para isso, coloque uma trança de solda sobre o componente, segure o ferro de solda contra a trança e espere alguns segundos. Em seguida, retire a trança de solda.

6 Regras básicas para a disposição da placa de circuito impresso

A configuração da placa de circuito impresso envolve a conceção de um circuito com várias camadas. Algumas das regras fundamentais da conceção de PCB são as seguintes: Evitar múltiplos planos de terra. Tornar os sinais dos circuitos analógicos directos e curtos. Evitar a utilização de três condensadores distintos numa única placa de circuito impresso. Pode também ler os nossos artigos sobre conceção de PCB multicamadas e como conceber uma PCB multicamadas.

Conceção de uma placa de circuito impresso multicamada

Quando se está a conceber uma placa de circuito impresso multicamada, há alguns aspectos importantes que se devem ter em conta. Um deles é que os traços de cobre devem manter a integridade do sinal e da energia. Se não o fizerem, podem afetar a qualidade da corrente. É por isso que é necessário utilizar traços de impedância controlada. Estes traços devem ser mais espessos do que o normal para evitar o sobreaquecimento.

Assim que tiver a certeza do que pretende, pode começar a conceber a placa de circuito impresso. O primeiro passo na conceção de uma placa de circuito impresso multicamada é criar um esquema. Este servirá de base para todo o seu projeto. Comece por abrir uma janela do editor de esquemas. Pode então adicionar e rodar detalhes conforme necessário. Certifique-se de que o esquema é exato.

Criar um plano de terra único

A criação de um plano de terra único num esquema de PCB ajuda a reduzir a quantidade de tensões não uniformes numa placa de circuitos. Isto é conseguido através da criação de vias ou orifícios de passagem para ligar o plano de terra a outras partes da placa. Também ajuda a reduzir o ruído produzido por variações na corrente de retorno.

Ao definir um plano de terra numa placa de circuito impresso, é crucial garantir que o plano de terra não é coberto por anéis condutores, uma vez que tal pode conduzir a interferências electromagnéticas ou mesmo a circuitos de terra. Idealmente, a placa de massa deve estar localizada por baixo dos componentes electrónicos. Pode ser necessário reorganizar a colocação de alguns traços e componentes para encaixar o plano de terra.

Manter os sinais dos circuitos analógicos directos e curtos

Ao implementar uma disposição de PCB para circuitos analógicos, é importante manter os traços de sinal analógico curtos e directos. Além disso, os componentes analógicos devem estar localizados próximos uns dos outros, o que simplificará o roteamento direto. Manter os componentes analógicos ruidosos perto do centro da placa também ajudará a reduzir o ruído.

Para além de manter os sinais dos circuitos analógicos directos e curtos, os projectistas devem também evitar obstruir os caminhos de retorno. Divisões de planos, vias, ranhuras e recortes podem causar ruído à medida que o sinal analógico procura o caminho mais curto de volta à sua origem. Como resultado, o sinal pode vaguear perto do plano de terra, gerando ruído significativo.

Evitar três condensadores distintos

Ao conceber a disposição da placa de circuito impresso, é melhor evitar colocar três condensadores distintos nos pinos de alimentação. Esta disposição pode levar a mais problemas do que os que resolve. Uma forma de evitar três condensadores distintos é utilizar traços e enchimento de caixotes. Depois, coloque-os o mais próximo possível do pino do dispositivo.

No entanto, isto nem sempre é possível, uma vez que a distância entre os traços nem sempre é a que foi calculada durante a fase de projeto. Este é um problema comum que pode levar a problemas durante o processo de montagem. Ao considerar a colocação, lembre-se que a colocação de cada componente é crucial para a sua funcionalidade.

Utilização de cobre da camada de potência

A utilização do cobre da camada de potência na disposição da placa de circuito impresso requer um planeamento adequado. Nesta parte da placa, é necessário atribuir uma área específica da placa para a rede eléctrica. Pode também utilizar a divisão da camada interna para atribuir esta área. Para adicionar esta camada, deve utilizar o comando "PLACE-SPLIT PLANE" e, em seguida, selecionar a rede a ser atribuída para divisão. Depois de ter a área da camada de potência atribuída, pode então utilizar a técnica de pavimentação de cobre para colocar o cobre na área dividida.

Para além de conseguir uma cobertura de cobre uniforme, deve certificar-se de que a espessura da placa é compatível com o seu núcleo. A utilização da simetria do plano de potência por si só não garante uma cobertura de cobre perfeita, uma vez que o cobre nesta parte se rasgará durante o encaminhamento do contorno. O cobre até a borda da placa também não será compatível com as técnicas de corte (V-cut). Para evitar este problema, recomenda-se que se indique a zona de cobre na camada mecânica e que esta tenha uma largura mínima de 0,5 mm.

Utilizar uma lista de directrizes para colocar componentes numa placa de circuito impresso

A utilização de uma lista de directrizes para colocar um componente numa placa de circuito impresso pode ajudar a minimizar o custo global do desenvolvimento de um novo produto, encurtando simultaneamente o ciclo de desenvolvimento do produto. Estas directrizes também ajudam a garantir uma transição suave do protótipo para a produção. Estas directrizes são aplicáveis tanto a circuitos analógicos como digitais.

A maioria dos projectistas de placas segue um conjunto de directrizes ao conceber uma PCB. Por exemplo, uma regra típica de design de placa é minimizar o comprimento dos traços de relógio digital. No entanto, muitos designers não entendem completamente a lógica por trás dessas diretrizes. Entre outras coisas, os traços de alta velocidade não devem atravessar lacunas no plano de retorno do sinal.

Degradação EMI após o enchimento de uma bomba de irrigação

Existem duas formas diferentes de analisar a degradação da EMI após o enchimento de uma bomba de rega: radiação e condução. A degradação da EMI após o enchimento depende do tipo de material de cola e da forma como é efectuado o processo de ligação à terra da entrada. A degradação EMI é agravada pelo etanol e pela água.

Degradação EMI após enchimento

A degradação da EMI após o enchimento das fontes de alimentação é muitas vezes referida como o "efeito de enchimento", que descreve a perda de sensibilidade EMI após o enchimento de uma fonte de alimentação. A degradação é uma combinação de radiação e condução. O "efeito de enchimento" ocorre porque os materiais que constituem a fonte de alimentação sofrem uma série de alterações. Algumas destas alterações podem ser indesejáveis, enquanto outras podem ser benéficas.

A energia electromagnética indesejada (EMI) é uma radiação que se propaga no espaço através de um acoplamento indutivo e capacitivo. Esta energia indesejada é prejudicial para os dispositivos electrónicos e afecta a sua funcionalidade. Esta radiação não é condutora, o que significa que o sinal não é conduzido através do metal ou de outro material. Quando o sinal percorre uma longa distância, a sua propagação tem a forma de uma onda. A onda é dominada pelo campo de radiação a uma grande distância, enquanto o campo de indução domina a distâncias próximas da superfície. A radiação não ionizante, por outro lado, não ioniza os gases e não afecta os dispositivos electrónicos. Exemplos de radiação não ionizante incluem RF, fornos de micro-ondas, infravermelhos e luz visível.

A eletricidade estática é outra fonte de EMI. Embora seja difícil identificar a fonte deste ruído, pode ter origem em fontes naturais, como os relâmpagos. Para além de afetar o desempenho dos dispositivos electrónicos, a EMI pode também causar problemas de segurança em muitos sistemas. A causa mais comum de EMI é a descarga eletrostática. As pessoas não técnicas reconhecem este tipo de ruído como estática de rádio, receção de televisão distorcida e cliques em sistemas de áudio.

Degradação EMI após enchimento com água

A degradação da EMI após o enchimento com água após a comutação da fonte de alimentação pode ser classificada em dois tipos: radiação e condução. A degradação da EMI após o enchimento com água é normalmente induzida por alterações na temperatura da terra de entrada e do material condutor utilizado para fabricar o condensador cheio de água. O material condutor inclui fibras de alumínio e cobre, que têm a maior condutividade eléctrica intrínseca. No entanto, a superfície destas fibras é propensa à oxidação, o que pode afetar a condutividade dos componentes. Além disso, alguns comerciantes sem escrúpulos podem não fornecer produtos consistentes.

A EMI pode afetar a segurança e o desempenho dos aparelhos eléctricos. Estes sinais indesejados podem interferir com as comunicações via rádio e causar avarias em equipamentos próximos. Por conseguinte, a blindagem EMI é um requisito essencial para os dispositivos electrónicos. São utilizados vários métodos e materiais para a blindagem EMI. De seguida, apresentam-se alguns deles:

Os compósitos contínuos de fibra de carbono apresentam um melhor EMI SE e são mais condutores do que os seus homólogos descontínuos. Um compósito de fibra de carbono contínua com uma matriz de carbono apresenta um EMI SE de 124 dB. Por outro lado, as fibras de carbono descontínuas reduzem significativamente o SE dos compósitos.

As fontes de alimentação comutadas melhoraram em relação aos reguladores lineares em termos de eficiência, mas continuam a introduzir correntes descontínuas que podem afetar negativamente a fiabilidade do sistema. A análise EMI é mais fácil de efetuar para o ruído condutivo do que para o ruído radiado. O ruído condutivo pode ser avaliado utilizando técnicas normais de análise de circuitos.

Degradação da EMI após enchimento com etanol

A interferência electromagnética (EMI) pode afetar os componentes e dispositivos electrónicos de muitas formas. Por exemplo, se um condensador for sujeito a um pico de tensão superior à sua tensão nominal, pode sofrer degradação dieléctrica. Esta degeneração pode resultar em mau funcionamento ou queimadura, dependendo das características do componente.

A interferência electromagnética é um problema comum na tecnologia moderna. Provoca o mau funcionamento de dispositivos electrónicos e pode provocar danos nos sistemas de comunicação. Esta interferência é causada por uma variedade de fontes, incluindo faíscas de escovas de motores, interruptores de circuitos de alimentação, cargas indutivas e resistivas, relés e interrupções de circuitos. Mesmo a mais pequena quantidade de EMI pode degradar o desempenho de um dispositivo eletrónico e prejudicar a sua segurança. A fonte mais comum de EMI é a descarga eletrostática (ESD), que muitas pessoas reconhecem como estática em estações de rádio, receção de televisão distorcida e cliques em sistemas de áudio.

A EMI também pode ser gerada por fontes de alimentação comutadas. Estas fontes de alimentação são fortes fontes de EMI e requerem um controlo cuidadoso. É crucial quantificar o ruído de saída destas fontes de alimentação para reduzir o risco de EMI. Trata-se de um processo moroso e dispendioso.

Como utilizar algumas resistências para melhorar a precisão de um multímetro

Para melhorar a precisão do seu multímetro, pode utilizar algumas resistências e componentes. Estes devem ser mantidos no lugar de modo a ficarem em contacto com as sondas do multímetro. Não toque nas resistências ou componentes com as mãos, pois isso resultará em leituras imprecisas. Para evitar este problema, prenda os componentes a uma placa de ensaio ou utilize pinças de crocodilo para os manter no lugar.

Utilização de resistências de derivação

O valor da resistência de um resistor de derivação é expresso em microOhms. A resistência de um resistor de derivação é normalmente muito pequena. A utilização deste tipo de resistência melhora a precisão do multímetro porque não introduz efeitos indesejáveis da resistência do cabo. No entanto, é importante utilizá-la com uma ligação Kelvin, porque a resistência das resistências de derivação tende a variar com a temperatura ambiente.

Os multímetros são sensíveis à tensão de carga, pelo que os operadores devem estar atentos à tensão de carga e à resolução. Testes pouco frequentes podem resultar em falhas inesperadas do produto. As resistências de derivação melhoram a precisão do multímetro, fornecendo resolução adicional. Isto é particularmente útil para multímetros de bancada, que são capazes de efetuar medições em escala real.

Definir o intervalo correto num multímetro analógico

Para definir o intervalo correto num multímetro analógico, comece por definir a unidade de ohms para o seu valor mais baixo. Em geral, a leitura da resistência deve situar-se entre 860 e 880 ohms. Em alternativa, pode utilizar o intervalo de resistência mais baixo de 200 ohms para aprendizagem e prática.

Um multímetro de escala manual possui um botão com muitas opções de seleção. Estas estão normalmente marcadas com prefixos métricos. Os multímetros de variação automática, por outro lado, são automaticamente definidos para a gama apropriada. Além disso, têm uma função especial de teste "Lógico" para medir circuitos digitais. Para esta função, liga-se o cabo vermelho (+) ao ânodo e o cabo preto (-) ao cátodo.

Pode parecer assustador definir a gama de um multímetro analógico, especialmente se nunca tiver utilizado um antes. No entanto, esta tarefa é surpreendentemente simples e pode ser efectuada com algumas resistências. Desde que conheça as diferentes gamas, terá mais sucesso com esta tarefa.

Utilização de resistências de precisão para deteção de corrente

A precisão de um multímetro pode ser melhorada através da utilização de resistências de deteção de corrente de precisão. Estes componentes podem ser adquiridos em diferentes estilos. São úteis para aplicações em que é necessário saber a quantidade correcta de corrente que entra e sai de uma bateria. Também são úteis para aplicações em que a sensibilidade à temperatura é uma preocupação.

A área de feixe óptima é C, com um erro de medição esperado de 1%. As dimensões recomendadas para a área de feixe são apresentadas na Figura 6. O encaminhamento do traço do sensor também desempenha um papel importante na determinação da precisão da medição. A precisão mais elevada é alcançada quando a tensão de deteção é medida na extremidade da resistência.

Uma resistência de deteção de corrente é uma resistência de baixo valor que detecta o fluxo de corrente e o converte numa saída de tensão. Normalmente, a sua resistência é muito baixa, pelo que minimiza a perda de potência e a queda de tensão. O seu valor de resistência está normalmente na escala dos miliohm. Este tipo de resistência é semelhante às resistências eléctricas normais, mas foi concebido para medir a corrente em tempo real.

Tocar na resistência ou na sonda com os dedos

Os multímetros também têm uma caraterística especial que detecta os cabos positivo e negativo de uma bateria ou fonte de alimentação. Manter a sonda do multímetro encostada ao cabo durante alguns segundos permite-lhe determinar se a corrente que flui através dele é positiva ou negativa. A sonda vermelha está ligada ao terminal ou fio positivo da bateria.

Ao utilizar um multímetro para medir a resistência, deve certificar-se de que o circuito não está ligado. Caso contrário, poderá obter uma leitura incorrecta. Lembre-se que a resistência não é tão importante como saber como medi-la. Além disso, a corrente que circula no circuito pode danificar o multímetro.

Teste de continuidade entre furos numa placa de ensaio

Antes de medir a resistência entre orifícios numa placa de ensaio, deve primeiro verificar a conetividade da placa de ensaio. O método de teste é conhecido como verificação de continuidade e é uma forma simples de determinar se duas ligações são compatíveis. A placa de ensaio tem orifícios com um clipe de mola metálico por baixo de cada um. Ligue as sondas do seu multímetro a estes dois pontos. Se tiver dificuldade em encontrar um caminho condutor entre estes pontos, ligue algumas resistências entre a placa de ensaio e o multímetro.

Se estiver a utilizar um multímetro com uma função programável, pode torná-lo mais preciso testando a continuidade entre alguns orifícios de cada vez. Para o fazer, insira as sondas nas colunas "+" e "-" da placa de ensaio e, em seguida, meça a resistência entre elas. Se a resistência for infinita, então as duas linhas não estão ligadas.