Acoplamiento cruzado en el diseño de PCB SMPS

No hay una respuesta exacta para cuán lejos es suficiente. Es mejor entender los mecanismos para que pueda decidir por sí mismo cómo tratarlos. Hay dos mecanismos independientes en el trabajo que causan el acoplamiento cruzado.

Acoplamiento capacitivo. Las trazas adyacentes tienen una capacitancia finita entre ellas. Tres cosas impulsan el acoplamiento de una traza de potencia a una traza de señal:

• La capacitancia. Esta es una función de cuán cerca están las dos trazas por cuánto tiempo. El espaciado más largo y más cercano causa más capacitancia, lo que causa más acoplamiento.

• La tasa de cambio de la tensión en la traza de conducción. Los cambios más rápidos (mayor dV / dt) se acoplarán mejor. Otra forma de ver esto es que los cambios más rápidos contienen frecuencias más altas, y la capacitancia de acoplamiento tiene una impedancia más baja en estas frecuencias más altas.

• La impedancia de la señal de rastreo. La señal acoplada no deseada tiene alguna impedancia finita. Esto forma un divisor de voltaje con la impedancia de la traza de señal. Cuanto menor sea la impedancia de la traza de la señal, menor será el acoplamiento.

Acoplamiento inductivo. La corriente en la traza de potencia causa un campo magnético circular a su alrededor. Esto puede inducir voltajes en trazas paralelas cercanas. Esencialmente las dos trazas paralelas actúan como un transformador. Dos cosas impulsan este acoplamiento:

• La inductancia de acoplamiento. Esta es una medida del efecto transformador. Al igual que con el acoplamiento capacitivo, este efecto se vuelve más fuerte a medida que las dos trazas están más cerca durante más tiempo. A diferencia del acoplamiento capacitivo, la orientación de las trazas importa. Este acoplamiento es proporcional al producto puntual de los vectores de dirección de traza (qué tan paralelas son las trazas en términos laicos aproximados). Dos trazos que se crucen en ángulos rectos no se acoplarán de manera inductiva.

• La tasa de cambio de la corriente en el caso de conducción. Esto es opuesto pero simétrico al caso capacitivo donde los cambios de voltaje son importantes.

La impedancia de la traza de la señal no importa para el acoplamiento inductivo porque causa un voltaje de compensación en línea con la traza. Es una fuente de voltaje adicional en serie con la traza.

Entonces, ¿qué hacer? Debería ser obvio que separar las trazas ayudará a cualquiera de los tipos de acoplamiento. Para reducir el acoplamiento capacitivo, se puede utilizar una traza de separación o guarda. Otras cosas que ayudan son la limitación de la velocidad de los cambios de voltaje y de corriente, evitando las corridas largas, evitando las corridas paralelas y haciendo que las redes de señal tengan la menor impedancia posible. Si estos son posibles, bajo su control, o razonables considerando otras concesiones como el tamaño y el costo, son problemas con su diseño específico que debe decidir por sí mismo.

Aquí no hay un solo número como respuesta (de lo contrario, probablemente se daría en la nota de la aplicación). Mucho de esto proviene de la experiencia y la intuición (juntas, a menudo llamadas fingerspitzengefühl ) . Sí, la distancia cambia con la corriente y el voltaje. Las corrientes más altas crean campos magnéticos que pueden inducir corrientes en trazas vecinas, y también los voltajes altos crean campos eléctricos que pueden inducir voltajes en trazas vecinas. Los más vulnerables son las trazas paralelas y cerradas por la traza de tensión / corriente. Por lo tanto, más lejos es mejor, ya que es menor longitud . También las trazas de baja impedancia son menos susceptibles.
Dependiendo de los factores mencionados y de la cantidad de espacio que tenga, recomendaría mantener al menos 5 mm (200 mils) de espacio entre el SMPS y el resto del circuito. Si es posible rodee el SMPS con un plano de tierra.
También proporcione un plano de tierra local en el lado de cobre debajo de la SMPS, y no coloque ningún componente allí. (Vale la pena hacer que su PCB sea doble cara especialmente para esto).