Cosa Causa Ronzio in un PCB e Come Risolverlo

I circuiti digitali sono particolarmente sensibili a effetti di ronzio. Credit Editoriale: Dikiiy / Shutterstock.com

Nel mio primo vero laboratorio di ingegneria, costruimmo un circuito per antirimbalzare l’output di uno switch. Ricordo di vedere il segnale originale saltellare e quindi l’output antirimbalzato sullo schermo di un oscilloscopio. Sentivo un profondo senso di disagio che qualcosa di così innocuo nelle nostre vite potesse essere così...complicato. È una buona cosa che al mio primo anno non sapevo che era solo l’inizio della mia angoscia per il rumore e gli artifatti della frequenza di segnale. Il ronzio è uno di quegli effetti che possono essere particolarmente frustranti per la performance di un prodotto. 

Cos’è l’effetto ronzio? 

Quando parliamo di PCB, o altri sistemi elettronici, il ronzio è un outputi di corrente o di voltaggio che oscilla come cerchio in uno stagno quando viene visto su un oscilloscopio. L’oscillazione è una risposta ad un improvviso cambiamento nel segnale di input, come accenderlo o un comando. 

L’oscillazione spesso elimina la frequenza di segnale dell’output dalla tolleranza sia della fascia alta che di quella bassa, e gradualmente si attenua. Il tempo che prende per che le oscillazioni ricadano in una gamma di errore tollerabile è detto tempo di presa. 

Per la caratteristica della forma del segnale di output, il ronzio qualche volta è detto “increspatura”. In ogni caso, l’increspatura spesso fa riferimento più nello specifico all’output quando si utilizzano alimentatori swtiching AC, se l’alimentazione non elimina adeguatamente la forma d’onda AC. 

Cosa causa il ronzio?

La fonte di ronzio, oltre all’alimentazione, dipende dal fatto se le tue tracce sono “lunghe” o corte. Una regola generale  è che le tracce che sono considerate “lunghe” se il tempo di propagazione andata e ritorno (dal carico e ritorno) è comparabile al tempo di risalita del segnale in circuiti digitali. Se ti capita di lavorare con materiali semiconduttori o microstrisce, è leggermente più complicato e consiglio la pagina di Glen Dash come punto di partenza per la lunghezza della linea e la riduzione di effetti da trasmissione linea come il ronzio. 

Ritornando alle tracce corte e lunghe...Se hai tracce corte, il ronzio è causato da induttanza parassita e capacità totale. Un impulso o un cambio improvviso nell’input causa ai componenti passivi di risuonare al loro dominio di frequenza caratteristico, creando l’effetto ronzio nel tuo output. Su lunghe tracce, la causa di ronzio è più probabilmente il riflesso della frequenza di segnale da un’incompatibilità di impedenza. 

Testing PCB signal outputs.
 
Il rumore di segnale mi causava una quantità sproporzionata di angoscia come universitario, ma può avere conseguenza catastrofiche una volta che sei in un’azienda. 

Che conseguenza ha il ronzio sul mio sistema?  

Se non soffri di una crisi esistenziale per l’oscilloscopio rumoroso, è grandioso. Avrai fatture per la terapia molto più basse. Comunque, il ronzio può avere impatti negativi sulla tua vita e sul design del prodotto. 

EMI Crescenti: Ronzio può, e spesso è così, produrre rumore ed interferenza. Quelle EMI possono radiare o condursi attraverso la tua basetta, con tutti i problemi di performance associati. 

Flusso di corrente aumentato: Il ronzio causa un aumento del flusso di corrente nel tuo circuito. Non solo facendo ciò causa un aumento corrispondente nell’energia consumata dal tuo prodotto (e vita della batteria più breve), ma i componenti sulla tua basetta sperimenteranno un calore inaspettato ed aggiuntivo. Ciò può diminuire la loro funzionalità e la loro durata.

Prestazioni diminuite: Insieme a prestazioni limitate accumulate dall’aumento di corrente e di calore, i ronzii diminuiscono le performance su tutta una serie di parametri. Perchè hai un ritardo nell’input dovuto a un tempo di assestamento, la reattività del tuo circuito si abbasserà. La risultante dei tuoi output sarà molto più povera. 

Se disponi di circuiti digitali, il ronzio è particolarmente compromettente.  digital circuits, ringing is especially damaging. Hai ancora tutti i problemi di cui abbiamo parlato, e la soglia è molto più bassa. Combina ciò con qualsiasi altro disturbo dell’alimentazione, e probabilmente avrai errori e dati corrotti. 

Ritorno acustico: Una particolare specie di ronzio avviene nelle applicazioni video e audio. L’increspatura accade nello spettro audibile, e si sentirà nel tuo output. Inoltre crea artefatti visibili sul display video.   

Sound card and jacks.

Nelle applicazioni audio e video, il ronzio può colpire in maniera audibile i tuoi output.  

Come prevenire il ronzio? 

Il ronzio può variare da fastidioso a catastrofico nella prestazione del tuo sistema. Ottimizzare il tuo progetto produce un’ enorme differenza nella performance e nell’output. First, you want to reduce parasitic inductance and capacitance. Dovresti ridurre al minimo la durata dei nodi, specialmente attorno ai componenti del piano alimentazione sulla tua basetta. Vorrai anche utilizzare un accordo di impedenza per ridurre qualsiasi riflessione di segnale. L’accordo di impedenza varia con la tua applicazione ed io consiglio di iniziare con i Texas Instruments, articoli tecnici , un consiglio molto specifico su una gamma di applicazioni. 

Sebbene sia impossibile per qualsiasi programma esistente controllare ogni singola possibile fonte di interferenza, avere un programma ottimo può scaricarti di un sacco di lavoro.  Ciò ti lascia libero di interfacciarti con le sfide più importanti, anziché giocare a progettare con “colpisci la talpa”, giacché ottimizzi tutti i parametri del tuo circuito. Altium crea alcuni fra i migliori software PCB, come Altium Designer®, ed ha strumenti per prendersi carico di molte operazioni di controllo errore. Ciò ti garantisce il tempo per contemplare implicazioni filosofiche di circuiti rumorosi. O puoi giusto continuare la tua vita. 

Hai una domanda riguardo il ronzio? Contatta un esperto ad Altium.

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