El libro trata en sus primeros apartados, de forma simple pero rigurosa, los conceptos básicos de la teoría electromagnética evitando la excesiva formulación matemática y se adentra en los conocimientos necesarios como el 'crosstalk', la cancelación de flujo, los retornos de corriente de alta y baja frecuencia, las lineas de transmicsión o la radiación, entre otros.

La parte más delicada de un disñeo es el trazado del circuito impreso y una buena técnica de desacoplo. En los apartados tercero y cuarto puede encontrar el lector una auténtica guía de diseño de circuitos impresos, con las soluciones más adecuadas a cada problema, para conseguir un circuito que pase el test, a la primera.

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Prólogo

Introducción

1. Fundamentos



1.1 Compatibilidad electromagnética

1.1.1 Fuente de ruido

1.1.2 El medio de propagación del ruido

1.1.3 Receptor del ruido

1.1.4 EMC desde el inicio del diseño

1.1.5 Auto-compatibilidad

1.1.6 Métodos de diseño de EMC

1.1.7 Distorsión de la señal

1.1.8 Pistas eléctricamente largas

1.2 Métodos de acoplo del ruido

1.2.1 Acoplo de impedancia común

1.2.2 Acoplo por campo electromagnético

1.2.3 Acoplo radiado. Campo magnético

1.2.4 Acoplo radiado. Campo eléctrico

1.2.5 Radiado y conducido. Acoplo combinado

1.3 Diseñando para EMC

1.3.1 Cancelación del flujo magnético

1.3.2 Componentes no ideales

1.3.3 Antenas ocultas

1.3.4 Componentes ocultos

1.4 Electrostática

1.4.1 Potencial eléctrico y diferencia de potencial

1.5 Condensadores

1.5.1 Capacidad de un condensador (Faradios)

1.5.2 Capacitance drift (Estabilidad a largo término)

1.5.3 Coeficiente de temperatura (TC)

1.5.4 Rated capacitance (C R ) (Capacidad

Especificada)

1.5.5 Rated voltage (U R ) (VoltajeEspecificado)

1.5.6 Rated ripple current (Rizado de Corriente

Especificado)

1.5.7 Surge voltage (U S ) (Voltaje Máximo)

1.5.8 Voltaje AC sobrepuesto

1.5.9 Voltage inverso

1.5.10 Voltaje pulsante

1.5.11 Upper Category Temperature (UCT en ºC)

(Límite Superior de Temperatura)

1.5.12 Temperatura y frecuencia

1.5.13 Operating Temperature (T OP ) and Life

Expectancy (Temperatura de Funcionamiento y

Vida Esperada)

1.5.14 Resistencia de aislamiento (R IS )

1.5.15 Dieléctricos (Dielectric strength)

1.5.16 Dieléctrico de poliéster (PET)

1.5.17 Dieléctrico de polipropileno (PP)

1.5.18 Dieléctrico de polycarbonato (PC)

1.5.19 Influencia del dieléctrico sobre la capacidad

1.5.20 Dielectric absorption (DA) (Absorción del

dieléctrico)

1.5.21 Condensadores en serie

1.5.22 Condensadores en paralelo

1.5.23 Constante de tiempo (RC) y carga en un

condensador (Culombios)

1.5.24 Descarga de un condensador

1.5.25 Energía almacenada (Joules o Watio/segundo)

1.5.26 ESR (Resistencia Serie Equivalente) (Ohms)

1.5.27 ESL (Inductancia Serie Equivalente) (Henrios) . 31

1.5.28 Corriente a través del condensador (Amperios)

1.5.29 Reactancia de un condensador (Ohms)

1.5.30 Impedancia total de un condensador (Ohms)

1.5.31 Ángulo de fase

1.5.32 Factor de disipación (%)

1.5.33 Factor de potencia (%)

1.5.34 Factor de calidad

1.5.35 Potencia perdida (Watios)

1.5.36 Respuesta impulsos (du/dt)

1.6 La inductancia

1.6.1 ¿Qué es la inductancia?

1.6.2 Tipos de inductancia

1.6.3 Bobinas conectadas en serie

1.6.4 Capacidad parásita en las bobinas

1.6.5 Ruido en la masa (Ground noise)

1.6.6 Minimizar la inductancia

1.7 Tiempo y frecuencia

1.7.1 Dominio temporal

1.7.2 Dominio frecuencial

1.8 Diafonía (Crosstalk)

1.8.1 Unidades de medida del crosstalk

1.8.2 Crosstalk de impedancia común

1.8.3 Capacidad mutua

1.8.4 Relación entre la capacidad mutua y el crosstalk 48

1.8.5 Crosstalk capacitivo

1.8.6 Far end y near end del crosstalk capacitivo

1.8.7 Reducción del crosstalk capacitivo

1.8.8 Crosstalk inductivo

1.8.9 Relación entre inductancia mutua y crosstalk

1.8.10 Far end y near end del crosstalk inductivo

1.8.11 Crosstalk e impedancia de las pistas

1.8.12 Impedancias bajas

1.8.13 Impedancias altas

1.8.14 Crosstalk en planos de masa

1.8.15 Divergencia de la corriente de retorno

1.8.16 Técnicas de diseño para prevenir el crosstalk

1.9 Conceptos básicos de EMC

1.9.1 Ensayos de EMC

1.9.2 Emisiones radiadas

1.9.3 Emisiones conducidas

1.9.4 Inmunidad radiada

1.9.5 Inmunidad conducida

1.9.6 Inyección de corriente (BCI Bulk Current

Injection)

1.9.7 Frecuencia de resonancia

1.9.8 Resonancia en paralelo

1.9.9 Frecuencia de antirresonancia

1.10 ESD (Descargas de electricidad estática)

1.10.1 Campos estáticos

1.10.2 Formas de onda de las descargas electrostáticas. 71

1.10.3 Efecto triboeléctrico

1.10.4 Fallos provocados por eventos de ESD

1.10.5 Daño en componentes

1.10.6 Interrupción en las operaciones

1.10.7 Tipos de descargas

1.10.8 Generador de ESD autoconstruido

1.10.9 Diagnósticos y soluciones

1.10.10 Conceptos relacionados con el análisis de

fenómenos ESD

1.11 Corrientes en modo diferencial y modo común

1.11.1 Corrientes en modo diferencial

1.11.2 Radiación en modo diferencial

1.11.3 Corrientes en modo común

1.11.4 Emisión de interferencias en modo diferencial

1.11.5 Emisión de interferencias en modo común

1.11.6 Conversión entre modo diferencial y modo

común

1.11.7 Gradiente de tensión en los planos

1.11.8 Asimetría en un circuito impreso de dos capas

1.11.9 Asimetrías en componentes

1.11.10 Identificación y reducción de las interferencias . 90

1.11.11 Aislamiento mediante bobina de modo común . 91

1.11.12 Aislamiento mediante transformador

1.11.13 Aislamiento mediante opto-acoplador

1.11.14 Filtrado de las entradas y salidas

1.11.15 Circuitos de filtro

1.11.16 Cables planos

1.12 Relés

1.12.1 Control de la bobina del relé

1.12.2 Desactivación

1.12.3 Cargas inductivas

1.12.4 Sobretensiones generadas

1.12.5 Ejemplo práctico

1.12.6 Protección con varistores

1.12.7 Alimentación y retornos de relés y motores

1.13 Campos electromagnéticos

1.13.1 Campo conservativo y campo radiante

1.13.2 Campos radiantes

1.13.3 Tipos de antenas

1.13.4 Partículas cargadas

1.13.5 Movimiento de las partículas

1.13.6 El fenómeno de la radiación

1.13.7 Campo cercano y campo lejano

1.13.8 Impedancia de onda



2. Líneas de transmisión



2.1 Introducción

2.1.1 Interconexiones

2.1.2 Línea capacitiva (puntual)

2.1.3 La velocidad de la luz

2.1.4 Tiempo de propagación

2.2 Parámetros de las líneas de transmisión

2.2.1 Impedancia característica

2.2.2 La impedancia característica es relativa a la

forma física de la línea

2.2.3 Impedancia y resistencia

2.2.4 Líneas de transmisión en circuitos impresos

Microstrip

2.2.5 Stripline

2.2.6 Microstrip diferencial

2.2.7 Stripline diferencial simétrica

2.2.8 Material del circuito impreso

2.2.9 Retardo y velocidad de propagación

2.2.10 Inductancia y capacidad de las líneas

2.2.11 Amplitud de la señal sobre la línea de

transmisión

2.2.12 Corriente en la línea de transmisión

2.2.13 División de líneas

2.2.14 Sincronización de señales

2.3 Retornos de las líneas de transmisión. Retornos ideales

2.3.1 Retorno de corriente en una línea microstrip

referenciada a masa

2.3.2 Retorno de corriente en una stripline

2.3.3 Cuando el plano de alimentación y el del driver

no tienen el mismo voltaje

2.4 Reflexiones en la línea de transmisión

2.4.1 Final de línea, sin la impedancia correcta

2.4.2 Damping

2.4.3 Ángulos de las pistas

2.5 Retornos no ideales

2.5.1 Acoplo de dos líneas atravesando un corte del

plano de masa

2.5.2 Salto de capa

2.5.3 Otros retornos no ideales

2.5.4 Características comunes de los retornos no

ideales

2.6 Atenuación de las señales

2.6.1 Pérdidas resistivas (Skin effect)

2.6.2 Profundidad del efecto skin (Skin depth)

2.6.3 Resistencia efectiva de un conductor

2.6.4 Absorción del dieléctrico

2.6.5 Degradación de los flancos

2.6.6 Impedancia de 50 o 75 Ohms

2.6.7 Pre-énfasis



3. Técnicas de trazado del circuito impreso



3.1 Distribución de la alimentación

3.1.1 ¿Qué son los planos de alimentación y de masa?149

3.1.2 Ruido SSO en el plano de masa.

3.1.3 Impedancia característica

3.1.4 Corrientes de retorno en el plano de masa

3.1.5 Anchura efectiva del plano de masa

3.1.6 Separando planos

3.1.7 Tensiones de alimentación

3.1.8 Efecto proximidad

3.1.9 Segregación de circuitos

3.2 Necesidad de planos

3.2.1 Control de la impedancia

3.2.2 Bucles

3.2.3 Efecto de apantallamiento de los planos

3.2.4 Crosstalk

3.2.5 Capacidad entre planos

3.3 Estrategias en los planos de masa y de alimentación

3.4 Reglas básicas de diseño

3.4.1 Configuraciones de masa en estrella y en serie ..161

3.4.2 Masa híbrida

3.4.3 Conectando los planos juntos

3.4.4 Solapar planos

3.4.5 Desacoplo a un plano equivocado

3.4.6 Pistas que atraviesan separaciones

3.4.7 Distribución de las capas

3.5 Las vías

3.5.1 Capacidad de las vías

3.5.2 Inductancia de las vías

3.5.3 Disposición de vías

3.5.4 El modelo vía

3.5.5 Diámetro de las vías

3.5.6 Microvías

3.5.7 Jaula de Faraday

3.5.8 Masas flotantes

3.6 Micro-islas

3.6.1 Micro-isla en circuitos multicapa

3.6.2 Entradas y salidas desde los planos

3.6.3 Figuras de ruido

3.6.4 Aislamiento de circuitos

3.7 Capacidad enterrada (Buried capacitance)

3.8 Ruido en la masa (Ground Bounce)

3.8.1 Etapas de salida

3.8.2 Inductancias parásitas

3.8.3 La naturaleza de los planos

3.8.4 Estrategias para minimizar el ground bounce

3.9 Técnicas de supresión de EMI en los planos

3.9.1 La regla 20-H.

3.9.2 La regla 3-W

3.10 Consejos prácticos sobre los planos de alimentación

3.10.1 Trazado del circuito impreso de un

microcontrolador

3.10.2 Alimentación y desacoplo

3.10.3 Separación de la alimentación

3.10.4 Cristal de cuarzo y señales rápidas

3.10.5 Pistas sin plano de referencia

3.11 Stitching (Cosido). Salvando las distancias

3.11.1 Stitching de alta frecuencia

3.11.2 Stitching de baja frecuencia

3.11.3 Stitching múltiple

3.11.4 Técnica de stitching según la frecuencia de las

señales

3.11.5 Masas aisladas galvánicamente



4. Condensadores de desacoplo



4.1 Introducción

4.1.1 Condensador de desacoplo

4.1.2 Eficacia del condensador de desacoplo

4.1.3 Resonancia serie

4.1.4 Consideraciones generales

4.1.5 Tipo de condensador

4.1.6 El emplazamiento

4.1.7 ¿Por qué es importante el emplazamiento?

4.1.8 Efecto de la carga en las salidas

4.1.9 El valor del condensador

4.1.10 Frecuencia de resonancia

4.1.11 Filtrado de la alimentación

4.1.12 Condensador de paso (bypass)

4.1.13 Condensador reserva (bulk)

4.2 Impedancia del sistema de alimentación

4.2.1 Impedancia del sistema de alimentación

4.2.2 Regulador de tensión

4.2.3 Condensador reserva

4.2.4 Corriente media y de pico en CMOS

4.2.5 Condensador de desacoplo

4.2.6 Planos de alimentación

4.2.7 Impedancia global del sistema

4.3 Desacoplo en baja y alta frecuencia

4.3.1 Desacoplo a bajas frecuencias

4.3.2 Desacoplo en altas frecuencias

4.4 Emisiones debido al desacoplo

4.4.1 Desarrollo de la energía de RF en modo común.220

4.4.2 Energía de RF en los planos de alimentación

4.4.3 ¿Por qué radia el lazo de desacoplo?

4.5 Suministro de alimentación

4.5.1 Desplazamiento de cargas

4.5.2 Almacenamiento de carga

4.5.3 Desacoplo paralelo

4.5.4 Resonancia de condensadores en paralelo

4.6 Estrategias recomendadas de trazado de circuitos

impresos

4.6.1 Reducción de la inductancia de las vías

4.62 Emplazamiento en array



5. Osciladores de cuarzo



5.1 Cristales de cuarzo

5.1.1 Teoría de la oscilación

5.1.2 Elegir el cristal de cuarzo adecuado

5.1.3 ¿Por qué cristales de cuarzo?

5.1.4 Temporización y precisión

5.1.5 La tolerancia en frecuecia

5.1.6 Estabilidad en frecuencia

5.1.7 Envejecimiento (Aging)

5.1.8 Capacidad de carga

5.1.9 Resonancia en serie y paralelo

5.1.10 Resonancia en serie

5.1.11 Resonancia en paralelo

5.1.12 Tiempo de arranque del oscilador

5.1.13 Tolerancia en frecuencia y capacidad de

carga

5.1.14 Drive level

5.1.15 Resistencia negativa

5.1.16 Pullability

5.1.17 Frecuencia fundamental vs. Sobretono

(Overtone)

5.1.18 Oscilador Colpitts

5.1.19 Consideraciones de diseño

5.2 Resonadores cerámicos

5.3 Oscilador de espectro distribuido (Spread Spectrum

Clocking)



6. Consideraciones de software



6.1 El software también importa

6.1.1 Reducción de las emisiones electromagnéticas ..250

6.1.2 Mejora de la inmunidad. Debouncing

6.1.3 Niveles de las entradas

6.1.4 Ciclo de histéresis en las entradas

6.1.5 Evolución de las entradas analógicas

6.1.6 Estrategia del watchdog

6.1.7 Interrupciones



Glosario

Referencias

Índices