Design EMI/EMC: Riduzione del Rumore nel PCB Tramite Isolamento dei Segnali AC e DC

Utilizzare componentistica AC e DC sulla stessa basetta può causare problemi di EMI, in ogni caso questi problemi possono essere risolti tramite l’isolamento dei sistemi AC e DC. Ci sono diverse soluzioni immediate per aiutare la gestione dell’interferenza fra circuiti AC e DC; componentistica di schermatura, sistemi di separazione, alimentatori dedicati, buona messa a terra e isolamento senza ponte. Continua a leggere per saperne di più!

Alle scuole superiori, il mio insegnante di fisica era solito parlare sempre di “Guerra di Correnti” fra Edison e Tesla. All’epoca, non mi è mai molto importato del perchè Edison preferisse la corrente continua (DC) per distribuzione ed utilizzo, mentre Tesla preferiva l’alimentazione alternata (AC). Ciò cambiò quando ho iniziato a vedere la commedia “La Guerra di Correnti” in prima persona fra sistemi AC e DC su Circuiti Stampati. Molti PCB di oggi utilizzano sia circuiti AC che DC e dove si incontrano, c’è spesso problema nella formazione di interferenze elettromagnetiche (EMI). Fortunatamente, proprio come “La Guerra delle Correnti” col tempo mi ha dato la via per la pace, integrità di segnale AC e DC su Circuiti Stampati moderni possono coesistere in armonia. La chiave è l’isolamento. 

Isolamento da Interferenza Elettromagnetica 

Ci sono diverse soluzioni dirette per aiutare a gestire l’interferenza fra circuiti AC e DC, principalmente; componenti di schermatura, sistemi di separazione, alimentatori dedicati, buona messa a terra e nessun isolamento a ponte. 

Schermatura: Come saprai, ci sono molti componenti in un layout PCB che possono radiare le EMI. Inclusi alimentatori, orologi IC ed oscillatori, tutto ciò può interferire con componentistica AC. Un modo per limitare le EMI dal “rumore” della componentistica DC, o proteggere componenti AC che sono vulnerabili, è semplicemente schermarli. Schermare garantirà essenzialmente che nessuna EMI che si irradia attraverso l’aria nell’alloggiamento interferirà con il circuito schermato. Quindi se hai qualcosa di cui hai bisogno per proteggere o limitare, fai ciò che gli umani hanno fatto per secoli e mettila in una scatola di metallo. Se hai una scheda multi strato, puoi anche utilizzare uno strato di piano di massa come schermo. Mentre una schermatura valida, aumenterà il peso ed il costo di una basetta, stai attento a pesare la riduzione EMI contro altre preoccupazioni. 

 

Hightech electronic PCB

Non importa quanto sia semplice o complessa la tua basetta, può beneficiare della separazione AC/DC 

Separazione: Se Edison e Tesla fossero stati in una stanza assieme, sicuramente avrebbero avuto parole l’uno per l’altro, altrimenti del rifiuto fisico. Fortunatamente per lo più erano separati e i tuoi componenti AC e DC seguiranno i propri capi. Tenendo i sistemi AC e DC, sia chip e tracce, lontani gli uni dagli altri sul PCB aiuterà ad assicurare che non c’è “crosstalk” tra i sistemi. Se non hai abbastanza spazio sulla basetta per mettere distanza fisica fra sistemi AC e DC, puoi anche tagliare i divari (gap) nel piano di massa fra i componenti che necessiti siano separati. I gap nel piano di massa forzeranno qualsiasi flusso di correnti attraverso il piano per andare intorno ai gap, che, utilizzati strategicamente, possono aiutarti ad reinstradare correnti attorno ai sistemi sensibili. In breve, non incrociare i fili! Ottenere una buona separazione può essere semplice in un circuito semplice, ma abbastanza difficile in circuiti più complessi. Fai del tuo meglio per separare AC e DC, ma sappi che potrebbe essere difficile raggiungere una soluzione ottimale. 

Alimentazione: In ogni PCB AC/DC ci dovrebbero essere binari di alimentazione separati per anellini di ferrite e componenti AC e DC. I componenti DC possono attingere dei picchi dal proprio alimentatore, creando una differenza di potenziale transitoria. Mentre i tuoi componenti AC potrebbero (oppure no) essere capaci di funzionare con questa differenza di potenziale transitoria, sicuramente non funzioneranno alla loro massima capacità. Se le tensioni transienti sono troppo ampie possono produrre errori nei componenti AC, o impedire al circuito di funzionare insieme. Avere alimentatori separati potrebbe non essere conveniente, ma è meglio che avere un chip che non funziona. 

Messa a Terra: Come già saprai, anche la messa a terra dei circuiti AC/DC è un problema complesso, troppo complesso da approfondire in quest’articolo. In ogni caso, posso darti un consiglio; controlla i circuiti di ritorno di corrente nelle griglia o nei piani di messa a terra. Ricorda che mentre le correnti DC seguiranno il percorso dell’ultima impedenza resistiva, le correnti di ritorno AC seguiranno l’ultima impedenza reattiva. Per le correnti di ritorno AC, il percorso dell’ultima impedenza reattiva è sempre sotto la traccia. I percorsi di ritorno sono importanti da ricordare perché sono facili da dimenticare. Il precedente consiglio della “separazione” si applica anche qui, non incrociare i cavi, anche se i cavi sono invisibili! 

(Non) A Ponte: Se hai seguito tutti gli (eccellenti) consiglio che ho offerto, dovresti avere due sistemi AC e DC correttamente isolati. Ora, se hai gap in ciascuno dei tuoi piani e stai pensando di collegarli, per favore non lo fare. Questo intero articolo è sull’isolamento AC/DC e vanificherebbe ciò che ti abbiamo insegnato! 

 

Modern PCB

Il tuo software di design PCB può aiutarti a progettare la tua basetta con segnali AC e DC separati. 

Come un Software Può Aiutarti nel Separare AC da DC 

Queste regole pratiche potrebbero essere un buon consiglio, ma non possono essere realizzate senza un piano di attuazione. Ecco dove entra in gioco il tuo software di design. L’isolamento può essere raggiunto codificando per colore i tuoi progetti PCB. Puoi monitorare i tuoi sistemi AC e DC assegnando loro colori distinti per assicurare che siano separati l’uno dall’altro, sia fisicamente che elettricamente. Dai un’occhiata alla documentazione per CircuitStudio® di Altium per le istruzioni su come farlo. Per utenti più esperti, anche la codificazione per colore è disponibile in Altium Designer®.

Ogni volta che ripensi ai buoni vecchi tempi, quando inventori geniali facevano testa contro testa in battaglie per la superiorità elettronica, ricorda che l’integrità di segnale AC/DC sul tuo PCB fa la stessa cosa. Comunque, anziché far vincere la guerra ad una sola fazione, facciamo la pace sul PCB. 

Hai bisogno di aiuto con questi problemi o ulteriori chiarimenti? Parlane al supporto di Altium.

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