Como minimizar o efeito de RF no projeto de interconexão de PCB

Existem várias formas diferentes de minimizar o efeito de RF num design de interligação de PCB. Algumas delas incluem garantir que os traços não estejam muito próximos uns dos outros, usando uma grade de aterramento e separando as linhas de transmissão de RF de outros traços.

Configuração multicamada

O efeito RF na conceção de interligações de PCB é um problema comum. Este efeito ocorre principalmente devido a propriedades não ideais do circuito. Por exemplo, se um circuito integrado for colocado em duas placas de circuito diferentes, a sua gama de funcionamento, emissões harmónicas e suscetibilidade a interferências serão drasticamente diferentes.

Para minimizar este efeito, é necessária uma configuração multicamada. Uma placa deste tipo deve ter uma disposição razoável, impedância de alta frequência e cablagem simples de baixa frequência. A utilização do material de substrato correto minimiza a perda de sinal e ajuda a manter uma impedância consistente ao longo dos circuitos. Isso é crucial porque os sinais passam do circuito para as linhas de transmissão, e elas devem ter impedância constante.

A impedância é outra questão que se coloca na conceção das interligações de PCB. É a impedância relativa de duas linhas de transmissão, começando na superfície da PCB e estendendo-se até ao conetor ou cabo coaxial. Quanto mais elevada for a frequência, mais difícil é gerir a impedância. Por conseguinte, a utilização de frequências mais elevadas parece ser um desafio de conceção significativo.

Criar uma grelha de terra

Uma forma de reduzir o efeito de rf é criar uma grelha de terra no seu PCB. Uma grelha de terra é uma série de secções de caixas que estão ligadas por traços à terra. O seu objetivo é minimizar o caminho de retorno do sinal, mantendo ao mesmo tempo uma baixa impedância. A grelha de terra pode ser um único traço ou uma rede de traços sobrepostos.

O plano de terra actua como uma referência para calcular a impedância dos traços de sinal. Num sistema ideal, a corrente de retorno permanece no mesmo plano que os traços de sinal. No entanto, em sistemas reais, a corrente de retorno pode desviar-se do caminho ideal devido a vários factores, incluindo variações no revestimento de cobre da PCB e no material laminado utilizado.

Separação de linhas de transmissão RF de outros traços

Ao projetar circuitos com múltiplos traços, é importante separar as linhas de transmissão de RF do resto do circuito. A separação desses traços é importante para evitar diafonia. Para conseguir isso, é melhor espaçar as linhas de transmissão de RF com pelo menos duas larguras de traço. Esta distância reduz a quantidade de emissões irradiadas e minimiza o risco de acoplamento capacitivo.

As linhas de transmissão RF são normalmente separadas de outros traços por striplines. Nas placas de circuitos impressos multicamadas, as linhas de traço são mais facilmente construídas nas camadas interiores. Tal como as microstrip, as striplines têm planos de terra acima e abaixo da linha de transmissão RF. Embora os striplines ofereçam melhor isolamento do que os microstrip, eles tendem a ter uma perda de RF maior. Por esse motivo, as linhas estriadas são normalmente usadas para sinais de RF de alto nível.

Utilização de cerâmica PTFE

O efeito RF é uma preocupação muito real na conceção de interligações de PCB. Devido às altas frequências, os sinais que viajam num traço podem mudar. Isto faz com que a constante dieléctrica mude dependendo da velocidade do sinal e da geometria do traçado. A constante dieléctrica do material do substrato da placa de circuito impresso também afecta a velocidade do sinal.

Quando se comparam as cerâmicas com a solda, as cerâmicas de PTFE têm uma vantagem sobre as cerâmicas de FEP. Embora a primeira seja mais barata e mais fácil de fabricar, reduzirá a fiabilidade do sinal. Além disso, as cerâmicas de PTFE são menos susceptíveis de absorver humidade. No entanto, se as cerâmicas de PTFE estiverem cobertas por hidrocarbonetos, a absorção de humidade aumentará.

Utilização de roteamento de stripline simétrico

O roteamento de stripline é uma abordagem comum no design de circuitos digitais. Utiliza uma camada dieléctrica ensanduichada entre dois planos de terra com condutores de transporte de sinal no centro. Este método é designado por stripline simétrico. As dimensões típicas do stripline são s=2.0, w=3.0, t=1.0 e b=5.0.

Este método tem duas grandes vantagens em relação ao microstrip. Permite traços mais pequenos, que proporcionam maior proteção contra sinais agressores. Além disso, o roteamento de stripline pode ajudar a minimizar o impacto de RF no projeto da interconexão. No entanto, requer uma consideração cuidadosa do empilhamento das camadas da placa e dos materiais dieléctricos entre os planos de terra.

Quanto à largura da pista da placa de circuito impresso, esta não deve exceder duas polegadas. Isto é importante para a lógica de alta velocidade, que tem um tempo de subida/descida de cinco nanossegundos. É aconselhável terminar as pistas de PCB de lógica de alta velocidade com uma impedância caraterística e evitar espaços vazios no plano de referência.