10 Mandamentos Da PCB - Boas Práticas - Embarcados

March 28, 2018 | Author: Raphael Ramos Nogueira | Category: Noise, Reflection (Physics), Inductance, Arduino, Electrical Network


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05/02/201610 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Junte‐se a Comunidade Embarcados:  Realizar Login  ou  Registrar‐se   Ir Pesquisar HOME SOBRE CONTEÚDO FÓRUM EVENTOS OPORTUNIDADES COMUNIDADE             10 mandamentos da PCB  Contato / Feedback por Francesco Sacco em terça‐feira, 01 de dezembro de 2015. EMBARCADOS TV SLE15 - Desenvolv... Na  confecção  de  uma  Placa  de  Circuito  Impresso  existem  boas  práticas  que  devem  ser  sempre  aplicadas. Vamos,  aqui,  listar  10  dessas  práticas  que  devem  estar  sempre  na  mente  de  todo  o  engenheiro  para  o desenvolvimento de produtos eletrônicos.   Essas  práticas  visam  minimizar  problemas  com  EMC,  EMI,  Loops  de  Terra,  acoplamentos,  entre  outros problemas comuns em PCB. Já tivemos um artigo no site sobre Loops de PCI e outro sobre EMC, além de um sobre PCB Multicamada, todos escritos pelo Thiago Lima. Vale a pena conferir.     1. Planos de Terra   Um Plano de Terra (Ground Plane) de baixa indutância é fundamental para minimizar problemas de EMC. Maximizar as áreas de terra de uma PCB reduz a indutância de terra em um sistema, que por sua vez reduz as emissões eletromagnéticas e o Crosstalk.   Conectando  todos  os  terras  individuais  e,  em  seguida,  conectá‐los  ao  plano  de  terra,  não  é  aconselhável, pois aumenta o tamanho da malha de corrente. Os sinais podem acabar se acoplando ao terra de diferentes maneiras. Se os componentes estiverem ligados de maneira aleatória ao terra do sistema, teremos uma PCB de baixa qualidade. Esse problema de layout gera alta indutância e problemas sérios de EMC.   OPORTUNIDADES Estágio em software embarcado na Altave ‐ São José dos Campos/SP Desenvolvedor Senior na Positivo Informática ‐ Manaus/AM Analista de Software Embarcado Pleno/Senior na HDL/Legrand ‐ Florianópolis/SC Desenvolvedor de software embarcado na Hellner Industrial ‐ São Paulo Arquiteto de Sistemas Sr na Talent Group ‐ São Paulo/SP Mais oportunidades NEWSLETTER Email Figura 1: Layout NÃO http://www.embarcados.com.br/10­mandamentos­da­pcb/ Figura 2: Layout recomendado! ASSINAR Translate » 1/9 344 visualizações Simulador de Arduino: Virtual Breadboard 47. toda a trilha que  flui  corrente  de  volta  para  a  fonte  deve  seguir  o  caminho  mais  curto  possível. quando não é possível o uso de um plano.  seções  analógicas.   http://www.  seções  digitais. Assim.   Arduino ‐ Comunicação Serial 49.  fonte  de  alimentação. como abaixo. os designers devem usar grids de terra.254 visualizações Arduino ‐ Entradas Analógicas 30.  pois  quando  um  sinal  toma  um caminho mais longo.  pois  isso  proporciona  menor impedância para as correntes de retorno. que pode não ser possível para PCBs de duas camadas.580 visualizações Arduino UNO 45. circuitos de alta velocidade.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados recomendado!   A  forma  como  um  sinal  de  volta  à  terra  do  sistema  é  muito  importante.   Uma  abordagem  de  design  recomendada  é  ter  um  plano  inteiro  de  terra. As trilhas para cada grupo devem permanecer em sua área designada.  circuitos  de  baixa velocidade. um plano de terra requer uma camada PCB dedicada. que forma uma antena e irradia energia.742 visualizações PARCEIROS Figura 4: Grids de terra.br/10­mandamentos­da­pcb/ 2/9 . Neste caso. e assim por diante. A indutância de terra neste caso dependerá do espaçamento entre as redes.   No entanto.     2.embarcados.   ENQUETES REALIZADAS Escolha de Microcontrolador / Microprocessador Sistema Operacional Embarcado Linguagem de programação Tipo de ProcessadorO Novo Embarcados POSTS POPULARES Figura 3: Plano de terra e furos de passagem.643 visualizações Arduino ‐ Saídas PWM 29.  componentes  no  PCB  devem  ser  agrupados  de  acordo  com  sua funcionalidade. ele cria um loop de terra.  e  deve  ir  diretamente para o plano de terra. Agrupamento e Placement   Para  um  projeto  livre  de  EMC.  tais  como.com.   fazendo  a  ligação  entre  os  planos  de  terra  em  pontos  definidos. tratam‐se de planos de terra diferentes.   Figura 6: A ligação de todos os grupos na mesma linha de alimentação e terra não é recomendada.   Figura 8: É recomendado o uso de interfaces entre seções do sistema.  uma  camada  completa  deve  ser  utilizada  como  um  plano  de  terra.br/10­mandamentos­da­pcb/ 3/9 .   http://www.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Figura 5: Separação dos componentes em grupos de função.  No  caso  de  uma  placa  de quatro camadas. Camadas da PCB   Arranjo  adequado  das  camadas  é  vital  do  ponto  de  vista  do  EMC.  mesmo  que eletricamente conectados.  Deve‐se  fazer  planos  por funções.     3.   Para um sinal fluir de um subsistema para outro. a camada por baixo do plano de terra deve ser utilizada como um plano de VCC.  é  recomendado  a  separação  das  alimentações. Figura 7: Cada seção do circuito deve ter seu plano de terra. um filtro deve ser utilizado nos limites entre os sistemas.   Além  da  separação  em  seções.  Isso  significa  que.com.  Se  forem  utilizadas  mais  do  que  duas camadas.embarcados. havendo a interligação entre eles.  deve‐se evitar o uso de furos de passagens.   Quando rotear trilhas de um cristal ou oscilador.   Deve‐se tomar cuidado para que o plano de terra esteja sempre entre as trilhas de sinal de alta frequência e o plano de VCC.br/10­mandamentos­da­pcb/ 4/9 . Esses sinais também devem  ser  mantidos  fora  do  plano  de  alimentação. ou  mesmo  abaixo  do  cristal. Circuitos Digitais   Ao lidar com circuitos digitais. ou trilhas de roteamento na borda PCB.   Trilhas que transportam sinais diferenciais devem ser roteadas próximas destes para utilizar de forma mais eficaz a vantagem de cancelamento campo magnético.   http://www. Se planos de alimentação separados não puderem ser usados.   Figura 10: Traçando a alimentação. Também é importante notar que a corrente de retorno sempre segue o caminho menos reativo.  uma  vez  que  pode  induzir  ruído  no  plano  de  energia também. deve ser dada atenção extra para os sinais de clock e outros sinais de alta velocidade.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Figura 9: Separação dos layers internos.  além  do  terra.     4.  Portanto. então a trilha de terra deve correr em paralelo com a de VCC para manter a alimentação sem ruídos.   Figura 11: Trilhas de alta velocidade irradiam EMI.  trilhas  de  terra  que  transportam  corrente  de  retorno  deve  ser  mantido  perto  destes sinais. Trilhas de ligação desses sinais devem ser as mais curtas possíveis e estarem ao lado do plano de terra para manter a radiação e crosstalk sob controle. ou mesmo próximos conectores.  O  cristal  precisa  estar  muito  próximo  dos  componentes  que utilizarão seu sinal. Com estes sinais.embarcados. nenhuma outra trilha deverá ser roteada paralela a esta.com.   e  devem  sempre  estar  protegidas  com  planos  de  terra.embarcados. resultando na reflexão.   Figura 13: O casamento de impedância deve considerar a reatância da trilha. uma parte do sinal é refletida. especialmente a capacitância distribuída e a indutância.   Se os cuidados adequados não são tomados para lidar com este sinal refletido. como o clock.   Figura 15: Deve‐se tomar cuidado com o roteamento das trilhas analógicas.  Além  disso.     5. sempre que há uma diferença de impedância. Isso atrapalha as características da linha de transmissão.  é importante não compartilhar o plano de terra com circuitos digitais.     6. Circuitos Analógicos   Trilhas  que  transportam  sinais  analógicos  devem  ser  mantidas  longe  de  sinais  de  alta  velocidade  ou  de chaveamento.  Filtro  passa‐baixa  deve  sempre  ser usado  para  se  livrar  de  ruídos  de  alta  frequência  que  se  acoplam  pelas  trilhas  analógicas.   Em um ângulo reto. A maioria dos sistemas CAD e EDA possuem funções automáticas para dar algum efeito de arredondamento no traçado.com.  Quando  uma  trilha  de  uma  PCB  faz  um  ângulo  de  90º. a largura da trilha é aumentada para 1. Isso porque. Reflexões estão intimamente relacionadas com a teoria de antenas. Capacitor de Desacoplamento http://www.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Figura 12: Planos de terra devem ser colocados próximos a pares diferenciais. de uma fonte qualquer para um dispositivo. Casamento de Impedância   Trilhas que transportam sinais de alta frequência. como dissemos anteriormente. uma grande quantidade de energia será irradiada. pode ocorrer uma reflexão. No entanto não é possível fazer uma PCB apenas com linhas retas. devem ter terminações correspondentes.     7. mas diferente o suficiente  para  justificar  a  sua  própria  discussão.    Figura 14: Melhores práticas para traças trilhas.br/10­mandamentos­da­pcb/ 5/9 .414 vezes a sua largura original.   Um capacitor de desacoplamento fornece um caminho de baixa impedância para sinais de alta frequência no plano de VCC para o terra.  Capacitores  com  baixo  ESL  (indutância  em  série equivalente) devem ser usados para melhorar o efeito de desacoplamento.  seguindo  pelos  capacitores  de desacoplamento.  o chumbo  e  o  encapsulamento  adicionam  indutância. O caminho seguido pela corrente à medida que é conduzida em direção ao terra  forma  um  loop  de  terra. Por isso.   8.com.  Além  disso.  Além  disso. Idealmente.   Tabela 1: Frequência máxima dos capacitores. capacitores de bypass ou capacitores de desacoplamento são necessários para filtrar este ruído. Fios e Cabos   A maioria dos problemas relacionados com EMC são causadas por cabos que transportam sinais digitais que atuam efetivamente como uma antena eficiente. o ruído acoplado na fonte de alimentação é de uma alta frequência.embarcados. Capacitor de Desacoplamento   Qualquer ruído na fonte de alimentação tende a alterar o funcionamento de um dispositivo em operação. sempre próximos a cada ponto de entrada de alimentação. é importante pensar em outros valores e posições com cuidado. mas na realidade as coisas são diferentes por causa da indutância e capacitância parasitas que emitem radiação. Geralmente.   A proximidade do capacitor com o circuito que deseja‐se proteger é fundamental.   http://www. Um loop de terra grande aumenta a radiação e pode agir como uma fonte potencial de falha por EMC.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados 7.  Este  caminho  deve  ser  o  menor  possível.  Tipo do Capacitor   Frequência Máxima  Eletrolítico de Alumínio 100KHz  Eletrolítico de Tântalo 1MHz  Mica 500MHz  Cerâmico 1GHz    Tipicamente adota‐se a seguinte prática. ou sinais de alta frequência. Se sua situação é um circuito de alta potência. a corrente que entra um cabo sai do outro lado. Capacitores de 100nF cerâmico próximos a cada semicondutor do dispositivo.   Figura 16: Use sempre capacitores de desacoplamento. pois longas distâncias de trilhas  significam  indutâncias  indesejadas  em  série.  a  reatância  de  um  capacitor  ideal  se aproxima  de  zero  com  o  aumento  da  frequência.br/10­mandamentos­da­pcb/ 6/9 .   Figura 17: Posicionamento típico dos capacitores de desacoplamento.  não  existe  capacitor  ideal.  Infelizmente. ligados a cada ponto de entrada de alimentação.  Caixas metálicas.  Essa  indutância  mútua  pode  ser  reduzida.  aumentando  o  espaçamento entre os dois traços ou através da redução da distância entre o plano de terra.  são  usados  para  evitar  que  a  EMI  irradie  para  fora  do sistema. Para sinais de alta frequência.  dependendo  dos requisitos.  e  a impedância das trilhas. mas uma abordagem mecânica para reduzir EMC.   Usar  um  cabo  de  par  trançado  ajuda  a  manter  o  acoplamento  a  um  nível  baixo.  É  dependente  da  distância  entre  as  duas  trilhas. onde a blindagem está ligada à terra.   Figura 20: Problemas de crosstalk entre trilhas.br/10­mandamentos­da­pcb/ 7/9 . cabos blindados devem ser utilizados.  Funciona  como  um  recipiente  fechado  condutor  ligado  ao  terra.embarcados.   Em  sistemas  digitais.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Figura 18: Fios e cabos são os principais pontos de interferência. Crosstalk   O  crosstalk  pode  existir  entre  duas  quaisquer  trilhas  sobre  um  PCB  e  acontece  por  conta  da  indutância mútua  e  capacitância  mútua. Quando um flat‐cable é usado. Blindagem   Blindagem não é uma solução elétrica.  crosstalk  causada  por  indutância  mútua  é  tipicamente  maior  do  que  o  crosstalk causada  por  capacitância  mútua.  a  frequência  do  sinal.     10.com.  que  reduz  eficazmente  a  EMI porque absorve e reflete parte da sua radiação. feitos  de  materiais  condutores  e/ou  magnéticos.   http://www.   Figura 19: Fios e cabos preferencialmente trançados. devem ser fornecidos vários caminhos de retorno à terra. A  blindagem  pode  ser  utilizada  para  cobrir  todo  o  sistema  ou  uma  parte  do  mesmo.  minimizando  os  campos magnéticos induzidos.     9.    veja+ Iniciando com CC3000: Seu Kits de desenvolvimento microcontrolador com Wi.embarcados.0 Internacional..   destaquei algumas de suas principais veja+ características. EMC ‐ The art of compatibility ‐ Microchip 4.com. vou dar um. o melhor jeito de se aprender algo é botando a mão na massa! Na primeira parte deste Post.   veja+ COMENTÁRIOS http://www. Atualmente trabalha na Gertec. Methodologies for Chip‐Package‐Systems Co‐Design with EMC/EMI Focus 5.Parte 2 Na minha opinião.para FPGA Fi ... é especialista em projetos eletrônicos analógicos e digitais. Esta obra está sob a licença Creative Commons Atribuição‐CompartilhaIgual 4.     Referências   1. AVR Hardware Design Considerations 10 mandamentos da PCB por Francesco Sacco. eu dei uma E quando se trata de FPGA. Tweetar Share 56 4 POSTS SIMILARES Plataformas e módulos IoT Internet das Coisas .05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados Figura 21: Blindagem de parte de um sistema. em São Paulo..Parte I O termo IoT “Internet das Coisas” vem do inglês "Internet of Things" e faz menção à atual revolução tecnológica aonde cada vez mais itens usados em. Circuit Board Layout Techniques ‐ Texas Instruments 3.br/10­mandamentos­da­pcb/ 8/9 . GND plane close to LVDS differential pair 6. How to Avoid EMC Problems in PCB Design ‐ Lisa Liu Jingwen 2... não há nada breve explicação sobre o CC3000 e mais. especialmente no condicionamento de sinais analógicos e integração entre dispositivos digitais. Nesta segunda parte. Francesco Sacco Engenheiro Eletricista formado PUC‐SP e Técnico em Eletrônica pela ETE Getúlio Vargas.  além de tudo que está no artigo. siga nesse assunto. Espero que tenha mais.com. deve ter sido extremamente difícil escolher só 10! hahah 1 △   ▽ • Responder • Compartilhar ›  Rafael Dias  •  2 meses atrás esse é para salvar nos favoritos. Então concordo com você.. 1 △   ▽ • Responder • Compartilhar ›  Oliveira Fausto  •  2 meses atrás Excelente artigo. ótimo artigo. Enfim. não é também recomendado que o elemento que provê a alimentação seja o capacitor?  Se houver algum surto. Desta forma. Outros articulistas também me disseram que essa parte ficou muito superficial. ficaria mais ou menos assim: PWR Supply ­> Desac. Capacitor ­> Power pins △  ▽ • Responder • Compartilhar ›  Francesco Sacco  Mod   > Rafael Dias  •   2 meses atrás Olá Rafael. obrigado pelas dicas e se possível. No entanto.embarcados. 1 △   ▽ • Responder • Compartilhar ›  Rafael Dias  •  2 meses atrás Em relação aos capacitores de desacoplamento. Fernando França  •  2 meses atrás Concordo com o colega. o capacitor já atuaria como um filtro. Um abraço. eu acho que valeria um artigo inteiro só para os capacitores de desacoplamento. Francesco △  ▽ ✉ Assinar feed d • Responder • Compartilhar ›  Adicione o Disqus no seu site Add Disqus Add ὑ Privacidade Links Comunidade Publicidade Fique por dentro Sobre  Eventos  Vídeos  Downloads  Login  Contato  Seja Colaborador  Oportunidades  Sites e Blogs  Anuncie Conosco  Registre‐se  Newsletter  Embarcados ‐ Todos os Direitos Reservados® http://www.. :­) Obrigado pelo retorno. fica para o pessoal do Embarcados como lição de casa.05/02/2016 10 mandamentos da PCB ­ Boas práticas ­ Embarcados 6 Comentários 1  Embarcados ⤤ Compartilhar   Recommend  3  Entrar Ordenar por Melhor avaliado Participe da discussão.br/10­mandamentos­da­pcb/ Desenvolvido por   9/9 . 1 △   ▽ • Responder • Compartilhar ›  Stéfano Andrade  •  2 meses atrás Parabéns pelo Artigo Francesco! Muito legal essa compilação de dicas.
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