Algunos consejos de Compatibilidad Electromagnética

Son muy frecuentes los problemas de interferencias electromagnéticas (EMI), y existen diferentes causas por las que se generan.

En este post listo algunos consejos sencillos para mejorar el comportamiento electromagnético del equipo con problemas de interferencias electromagnéticas.(Leer más)

Emisiones conducidas

Si el acoplamiento de EMI es por conducción, separar su generador de la víctima no afectará a las EMI. Normalmente compartirán un conductor (cable o pista) o una resistencia para completar la ruta del circuito. En general, el positivo de la alimentación y su retorno por masa.

Emisiones radiadas

Si el acoplamiento de EMI es por radiación, habrá un cambio débil con la distancia (1/d) entre el generador y la víctima. Es más probable que el acoplamiento ocurra a frecuencias altas, por encima de los 200-300 MHz. Físicamente se necesitan dos estructuras de antena; una antena transmisora para el generador y una antena receptora para la víctima.

Acoplamiento inductivo

Si el acoplamiento de EMI es de campo magnético (H) (inductivo), habrá un gran cambio con la distancia (1/d² o 1/d³). A medida que aumenta la frecuencia, se incrementan las EMI. Es debido a un di/dt en un bucle de corriente. Físicamente necesita dos bucles de corriente (como en un transformador); uno para el generador y otro para la víctima. Un ejemplo sería el acoplamiento entre dos bobinas.

Acoplamiento capacitivo

Si el acoplamiento de EMI es de campo eléctrico (E) (capacitivo), habrá un gran cambio con la distancia (1/d² o 1/d³).  A medida que aumenta la frecuencia, se incrementan las EMI. Es debido a un dv/dt en una superficie conductora. Físicamente necesita dos superficies conductoras (como en un condensador); una para el generador y otra para la víctima. Superficies típicas podrían ser las pistas de circuito impreso, el disipador de calor, cables, etc.

Más consejos:

1. La geometría del sistema o la ruta de acoplamiento potencial no siempre muestra si el campo E o el campo H es el dominante. Sin embargo, los pequeños bucles magnéticos son radiadores muy ineficientes. Inicialmente, es necesario evaluar si es por di/dt o por dv/dt. Si se cambia la carga (mayor o menor) afectará a la di/dt, es una buena técnica para detectar y solucionar problemas.
2. Observando los armónicos en un cable, usando una sonda de corriente, si al deslizarla hacia atrás y hacia adelante los niveles de armónicos cambian, parte del acoplamiento puede ser de campo cercano, en lugar de acoplamiento por conducción.
3. Usando un par de sondas de corriente; una en cada uno de dos cables conectados a un equipo, si los armónicos son iguales en cada uno, el generador está en medio (en el equipo). Si uno de los cables tiene niveles de armónicos más altos, entonces se debe empezar a trabajar en ese cable primero.
4. Si se tiene un reloj de 100 MHz y los armónicos son de 200, 400, 800 MHz, es probable que las EMI se estén distribuyendo a través de la alimentación.
5. A menos que el problema de EMI sea debido a un nivel de armónicos de alta frecuencia (10º armónico o más alto), el añadir un filtro paso bajo (RC o ferrita-C) en una pista del reloj es probablemente una pérdida de tiempo.
6. Si el acoplamiento de EMI es por conducción, debido a las corrientes en la alimentación, añadir un filtro paso bajo con ferrita y condensador en el pin generador de EMI. Un filtro con dos ferritas y un condensador en "T" es aún mejor.
7. Si el acoplamiento es de campo cercano (verificar con una sonda de campo cercano) entre un cable y un circuito integrado (CI), la solución es separarlos.
8. Si el acoplamiento es de campo cercano magnético, al separar el elemento magnético (transformador, por ejemplo) de los cables, debe disminuir el acoplamiento.
9. Si se sospecha que el disipador de calor se comporta como una estructura radiante, o si el propio CI o transistor puede tener un acoplamiento capacitivo con el disipador, éste se puede eliminar temporalmente para comprobar que la radiación disminuye. Si se trata de un acoplamiento capacitivo con un cable o con el propio CI, desviar el cable de forma temporal. Si el disipador es radiante, su conexión a tierra puede ayudar si se hace en varios puntos, pero también podría formar un circuito sintonizado y empeorar el problema.
10. Los circuitos con una carga de alta impedancia son más susceptibles al acoplamiento inductivo 
11. Si se sospecha que se trata de un acoplamiento inductivo, la fase de la EMI en la víctima será de 180 grados respecto al generador. Esto puede observarse mediante un osciloscopio con sondas de corriente, sincronizando el disparo del osciloscopio con la señal del generador de EMI. 
12. Directrices para el diseño del circuito impreso con circuitos digitales de alta velocidad.

• Dar mucha importancia a la colocación de los componentes y su orientación.
• El área del bucle de señal del reloj debe ser lo más pequeña posible.
• Usar como mínimo un circuito impreso de 4 capas con 2 capas dedicadas a un plano de masa y a un plano de alimentación.
• Todas las pistas de señal de alta frecuencia deben estar en las capas adyacentes a un plano de referencia (plano de masa o de alimentación).
• Por encima de los 25 MHz el circuito impreso debe tener dos (o más) los planos de masa.
• Enterrar las señales de reloj entre los planos de alimentación y de masa siempre que sea posible.
• Evitar ranuras en los planos de referencia.
• Si es necesario tener un plano de referencia segmentado con ranuras, las pistas de señal nunca deben trazarse pasando sobre las ranuras. Ello aumenta demasiado el área del bucle radiante de retorno de corriente.
• Colocar los relojes y los circuitos de alta velocidad lo más lejos posible de la zona de E/S.
• No usar condensadores de 100 nF para desacoplar directamente las patillas de alimentación de los circuitos integrados. Es mejor usar 2 o 3 condensadores de 1 nF en paralelo en cada pareja de patillas de alimentación de un CI.
• Usar técnicas de diseño de circuitos impresos de impedancia controlada (con terminaciones adecuadas) en pistas largas con señales de alta frecuencia.
• En los circuitos impresos con pistas de impedancia controlada, no pasar la señal de una capa a otra, a menos que ambas capas estén referenciadas al mismo plano de referencia.
• Conectar la masa digital al chasis (con una conexión de Z muy baja) en el área de E/S.
• Añadir filtros en modo común a todas las líneas de E/S.
• Agrupar todas las líneas de E/S juntas en un área de E/S en el circuito impreso.
• Usar un filtro de entrada en la línea de alimentación de corriente continua (tanto en modo común como en modo diferencial)
• La mayoría de los productos en cajas de plástico deberían usar un circuito impresos de 6 capas.
• Considerar el uso de blindajes de componentes a nivel de circuito impreso en caso necesario.
• Considerar el uso de anillos perimetrales de masa con vías a modo de blindaje lateral del circuito impreso.