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Objetivos da AulaAo término desta aula você irá: Conhecer algumas das principais normasinternacionais relativas ao tema. Aprender algumas técnicas para adicionarrobustez ao seu circuito eletrônico. Aprender a melhor forma de distribuiçãodos componentes eletrônicos na placa decircuito impresso.
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Técnicas de Robustez em projetos para redução de EMI e maior imunidade dos circuitos
contra ESD
(EMI)
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Objetivos da Aula
Ao término desta aula você irá:
� Conhecer algumas das principais normas internacionais relativas ao tema.
� Aprender algumas técnicas para adicionar robustez ao seu circuito eletrônico.
� Aprender a melhor forma de distribuiçãodos componentes eletrônicos na placa de circuito impresso.
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Objetivos da Aula
Ao término desta aula você irá:
� Conhecer a melhor forma de distribuição de linhas de alimentação e aterramentos.
� Obter algumas dicas para um melhorroteamento de seu circuito eletrônico e para melhor adequação às normas técnicas de compatibilidade eletromagnética.
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Objetivos da Aula
Ao término desta aula você irá:
� Obter algumas dicas de software para minimizar os problemas de EMI em suas aplicações microcontroladas.
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Introdução
Definição de EMC:
“EMC (Compatibilidade Eletromagnética) é a capacidade de um dispositivo ou equipamento eletrônico de atuar de maneira satisfatória em um determinado ambiente, sem sofrer alterações devido aos ruídos eletromagnéticos ali gerados, e também sem gerar e emitir ruídos desta natureza, capazes de influenciar ou alterar o funcionamento de outros dispositivos e equipamentos”
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Introdução
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Introdução
Desta forma algumas questões são importantes:
� Porque devemos nos preocupar com EMC (Compatibilidade Eletromagnética) em nossos projetos?
� Como devemos proceder para o desenvolvimento de projetos eletrônicos em conformidade com EMC?
� É apropriado o uso de ferramentas para traçado automático de trilhas (autorouter)?
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Introdução
� Porque devemos nos preocupar com EMC (Compatibilidade Eletromagnética) em nossos projetos?
Resposta:
�Confiabilidade�Funcionamento satisfatório e dentro do esperado�Enquadramento nas normas�Redução de custos
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Introdução
� Como devemos proceder para o desenvolvimento de projetos eletrônicos em conformidade com EMC?
Resposta:
Com a finalidade de redução de custo e tempo de desenvolvimento é altamente recomendado que exista no projeto, desde sua concepção, a preocupação com EMC, evitando retrabalhos, além disso éimportantíssimo o conhecimento relativo as normas e especificações que o produto deve atender.
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Introdução
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Introdução
� É apropriado o uso de ferramentas para traçado automático de trilhas (autorouter)?
Resposta:
A ferramenta pode ser útil, mas dependerá muito do projetista, para verificações, correções e realização préou conjunta do traçado das trilhas.
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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O que é EMI, EFT, ESD e EMC?
� EMI : Eletromagnetic InterferenceInterferência Eletromagnética (conduzida ou
radiada).
� EFT : Electrical Fast TransientTransientes Elétricos Rápidos (picos de pulsos
positivos ou negativos).
� ESD : Eletrostatic Discharge.Descarga Eletrostática (geralmente transferida
pelos dedos).
� EMC : Eletromagnetic Compatibility. Compatibilidade Eletromagnética (Conjunto de
Normas Técnicas).
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O que é EMI, EFT, ESD e EMC?
As emissões podem ser:
� Irradiadas: São aquelas relacionadas a campos elétricos e magnéticos, trafegam pelo ar e são de alta frequência(acima de 30MHz).
� Conduzidas:São aquelas que trafegam através dos cabos e rede de alimentação, geralmente de baixa frequência (abaixo de 30MHz).
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O que é EMI, EFT, ESD e EMC?
� Os grandes vilões:
o Rede elétricao Componentes reativos (indutores)o Sistemas e dispositivos de potênciao Máquinas elétricaso Sistemas e dispositivos chaveadoreso Descargas atmosféricaso Dedos humanos
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O que é EMI, EFT, ESD e EMC?
Pontos de manuseio e conectores são as portas de entrada para Descargas
Eletrostáticas (ESD) provenientes do corpohumano.
Descargas Eletrostáticas da ordem de dezenas de KiloVolts
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Algumas normas comuns:Emissão:� CISPR 22 - Emissão Radiada e Emissão Conduzida
Imunidade:� IEC 61000-4-2 - Descarga Eletrostática.� IEC 61000-4-3 - Campo Eletromagnético Radiado.� IEC 61000-4-4 - Transientes Elétricos Rápidos.� IEC 61000-4-5 - Surtos.� IEC 61000-4-6 - Rádio - Freqüência Conduzida.� IEC 61000-4-11- Redução e Variação de Tensão.
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Filtros
� Critérios de Escolha:
− Muito cuidado ao escolher um filtro de linha a partir de um datasheet. Os filtros são especificados de acordo com a norma MIL220. Esta norma prevê que o filtro seja testado com impedância de entrada e saída em 50 Ohms.
− Na maioria dos casos esta condição não pode ser cumprida nos circuitos.
− Assim a atenuação do filtro no circuito real pode não cumprir a especificação do datasheet.
− O melhor é testá-lo na prática para cada circuito.
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Filtros
� Exemplo de Filtro de Linha
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Filtros� Exemplo de Filtro de Linha
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Blindagens
� As blindagens são um dos meios mais eficientes para solucionar problemas de sensibilidade a EMI.
� Entretanto alguns cuidados devem ser levados em conta quando se pretende usar uma blindagem para um determinado circuito.
� A seguir serão mostrados critérios para dimensionamento de uma blindagem.
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Blindagens
•Blindagem Integral
(Caixas Metálicas)
•Blindagem Individualizada
(Comumente Usada em Caixas Plásticas)
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Blindagens
Blindagem Integral• Vantagens:
• Blindagem interna desnecessária
• Solução Barata*
• Desvantagens:
• Nem sempre possível
• Não ajuda para problemas de auto irradiação
Blindagem Individualizada
• Vantagens:
• Mais completa e eficiente
• Evita problemas de auto irradiação
• Desvantagens:
• Cada sub-montagem precisa ser blindada (PCB, Cabos, etc)
• Solução geralmente muito cara
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Blindagens
� Algumas dicas para cabos e chicotes:
� Menor comprimento possível� Separação entre cabos de potência e controle� Cuidado especial com os conectores� Utilizar isolação e blindagem garantida e adequada
(blindagem aterrada)
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Blindagens
�A Blindagem é perfeita quando não possui descontinuidade ou furos, pois o campo incidente induz uma corrente sobre a blindagem, que gera um campo de módulo igual e sentido contrário.
�Entretanto poucas vezes épossível este tipo de blindagem, principalmente por problemas de sobreaquecimento.
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• Cuidados a serem observados quando se usa blindagem perfurada.
• Quando a corrente tenta fluir através da fendaacopla mais campo para dentro da blindagem diminuindo o efeito da mesma.
Blindagens
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• Quando a corrente flui ao longo da fenda acopla menos campo para o outro lado da blindagem.
• Entretanto é impossível saber a polarização da onda que pode atingir a blindagem.
Blindagens
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� Qualquer descontinuidade na estrutura da Blindagem interrompe o fluxo de corrente e assim degrada a eficiência da mesma.
� Sendo assim, as melhores configurações de furos são aquelas que produzem as menores interrupções no fluxo da corrente, ou seja, redondos com os furos do tamanho adequado para blindar o comprimento de onda desejado.
Blindagens
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BlindagensConsidere: d = diâmetro do furo
− � = comprimento de onda incidente− r = distância desde a blindagem até a fonte da onda
incidente− t = espessura da blindagem− Então a atenuação da blindagem será:− Se d > �/2 a onda passa livremente pela blindagem− Se d = �/2 a atenuação da blindagem se aproxima de
nulo− Se d < �/2 e a distância r > d então a atenuação da
blindagem
será dada por: R (dB) = 20 Log λλλλ / 2d− Para: �/2 >d >t− Para múltiplos furos a atenuação será :
R (dB) = 20 Log λλλλ / 2d – 20 Log √√√√n− onde: n é o número de furos
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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O circuito proposto
dsPIC
H.I.D.
C.P.U.
KEYSLCD 16x2
LED’s
Relay’s 4 ~ 20
ControlInputs
Temperature Sensors
OP.
AMPs
Digital
IN
A/C
TRIFASIC
SYNC
SMPS
R S T
Linear
REG.
RTC
ICSP
System
COMM
ETHERNET
RS232-C
RS485
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Pontos importantes
Devemos ter grande atenção com:
� Alimentação e potência� Circuito de RESET� Circuito do oscilador� Circuito de Gravação� Conectores� Circuitos de Controle� Entradas
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Pontos importantes
� Master Clear
ICSP
Nunca!!!
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Pontos importantes
� Desacoplamento VCC
VDDCORE
Desacoplamento
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� Bypass e Desacoplamento:
Bypass: Capacitor, geralmente de baixa capacitânica e de cerâmica (devido a velocidade de atuação), responsável pela eliminação, ou minimização de ruídos de alta frequência. São aplicados após filtros e próximos aos microcontroladores e componentes digitais.
Pontos importantes
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� Bypass e Desacoplamento:
Bypass:
Pontos importantes
Auto ressonância dos capacitores:
1uF Com terminais 2,5MHz 1uF SMD 5MHz 0.1uF Com terminais 8MHz 0.1uF SMD 16MHz 0.01uF Com terminais 25MHz 0.01uF SMD 50MHz 1000pF Com terminais 80MHz 1000pF SMD 160MHz 100pF Com terminais 250MHz 100pF SMD 500MHz 10pF Com terminais 800MHz 10pF SMD 1,6GHz
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� Bypass e Desacoplamento:
Bypass:
Pontos importantes
Curto-circuito para faixas de frequência diferentes
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� Bypass e Desacoplamento:
Desacoplamento: Filtro passa-baixa, utilizado para desacoplar circuitos de alimentação comuns e evitar a propagação de ruídos.
Pontos importantes
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Pontos importantes
� Gravação “In-Circuit” - ICSP
Para MCLR via Resistor 100R
Proteção Mínima
Caso os pinos de gravação forem utilizados como I/O, desacoplar com resistor!!!
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Pontos importantes
� Conector com transformador acoplado
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Pontos importantes
� Conectores (Proteção contra ESD):
Descarga Eletrostática Proteção na entrada
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Pontos importantes
� Condicionamento e proteções
GND
Entradas
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Pontos importantes
� Fonte Linear
Da Fonte SMPS
A) Ligação em Série das Fontes Lineares (Distribuição de Carga ePotências).
B) Separar Alimentação Digital da Analógica.
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Pontos Importantes
� Chaveamento de Relês - Sinal
A) Proteção contra “Tri-State”.
B) Proteção contra tensão reversa da bobina.
Geração de EFT
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Pontos Importantes
� Chaveamento de Relês - Potência
Adicionar um circuito “Snubber” simplesEm cada “contato seco”
COMUM CTRL 1
Geração de EFT
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Pontos Importantes
� Circuito Oscilador
� Posicionamento próximo ao microcontrolador� Conexões curtas e diretas� Capacitores dentro da faixa de valores recomendada no
datasheet� Blindagem
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Pontos Importantes
� Circuito Oscilador – características de EMI
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Pontos Importantes
Quando não utilizar o oscilador interno?
Resposta:
Quando a precisão na frequência for de grande importância no projeto, por exemplo para canais de comunicação.
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Pontos Importantes
� Circuito Oscilador
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O circuito proposto
dsPIC
H.I.D.
C.P.U.
KEYSLCD 16x2
LED’s
Relay’s 4 ~ 20
ControlInputs
Temperature Sensors
OP.
AMPs
Digital
IN
A/C
TRIFASIC
SYNC
SMPS
R S T
Linear
REG.
RTC
ICSP
System
COMM
ETHERNET
RS232-C
RS485
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Blocos do circuito na área da PCI
CircuitoC.A. – A.T.
SMPSPrimary
Secondary
Sinais Digitais
Controle (Relês)
REG.Lineares
TecladoELED’s
RS232-C
dsPIC
LCD
ETHERNET
RS 485R
T
C ICSP
4 a 20mAEntradas
Analógicas
(Temperatura)
EntradasDigitais
Isolação
Isolação
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Blocos do circuito na área da PCI
�Considerações:
�Definição dos Blocos no esquema elétrico�Definição dos setores na PCI�Definição das saídas dos cabos�Identificação dos setores Sensíveis (Susceptibilidade)�Identificação dos setores Agressivos (Emissão)
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Posicionando os componentes
AltaTensão
PrimárioSMPS
SecundárioSMPS
Sinais Digitais
Saídas a Relês
Reg.Lineares
BotõesLED’s RS232
Display
Ethernet
RS485RTC
ICSP
4 a 20 mAEntradasAnalógicas
EntradasDigitais
dsPIC
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Posicionando os componentes
� Considerações:
�Região Secundário SMPS – Garantir o Diodo retificador e o Capacitor eletrolítico o menor caminho possível entre positivo do transformador e o negativo do transformador.�Região Saída a Relês – Deve sempre que possível estar em um canto da placa para garantir que não passe nenhuma pista de outros setores sob esta região.�Região Sinais Digitais – Devem ser posicionados de forma a permitir a saídas das ligações fora da região dos Relês.�Demais regiões ficarão na área do plano de terra Digital.
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Posicionando os componentes
� Considerações:
�Região de Alta tensão e primário da SMPS, garantir uma isolação mínima de 5mm entre esta região e o restante da placa.�Quando a aplicação exigir isolação extra:
Região com aberturana PCI, para aumentoda isolação elétrica
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Linhas de Alimentação e Terra
� Métodos de Aterramento
Ponto Único Multi-Ponto
Preferencial para Baixas Freqüências
Preferencial para RFAceitável apenas para Baixas Freqüências
Preferencial para Alta Freqüências
Ponto Único Multi-Ponto
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Linhas de Alimentação e Terra
� Métodos de Aterramento
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Linhas de Alimentação e Terra
� Métodos de Aterramento
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Linhas de Alimentação e Terra
� Métodos de Alimentação
Ruim – Em Cadeia Ótima - Ponto Único
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Linhas de Alimentação e Terra
� Métodos de Alimentação
ESTRELA
MCU
Serial memory
Op Amp
A/D
- Boa e Prática! Control
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� Roteamento de Alimentação
Linhas de Alimentação e Terra
Ruim Bom
Melhor
Ótimo
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Linhas de Alimentação e Terra
� Desacopladores
Capacitor de desacoplamento com trilhas muito longas (Agrega circuito LR)
Solução boa (Mais fácil de usar em multilayer)
Solução Ideal
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Linhas de Alimentação e Terra
� Alimentação Digital
12V
3V3
5V
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Linhas de Alimentação e Terra
� Alimentação Analógica
AVDD AGND
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Linhas de Alimentação e Terra
� Plano Terra - Montagem
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Linhas de Alimentação e Terra
� Plano Terra - Soldagem
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Alimentação e Terras
� Considerações:
�12V – Dividir a partir do secundário da Fonte para as 3 regiões.�5V - Entrada para os reguladores de 3V3 e outras regiões sempre a partir dos capacitores.�3V3 - Digital – Ponto de partida para a distribuição na placa a partir do capacitor do regulador de 3V3.�3V3 – Analógico – Sai direto do capacitor do regulador para o dsPIC�Terra Analógico - Sai direto do capacitor do regulador para o dsPIC (este terra éunido ao terra digital no capacitor do regulador.)�Terra Digital – para este projeto foi usado plano de terra de baixa impedância.�Para garantir que o plano tenha uma baixa impedância utilizar o máximo de interligação do plano de terra entre o lado inferior e superior da placa.�Os capacitores de desacoplamento devem sempre estar perto do pino que ele desacopla.
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Roteamento de Sinais
� Pistas de Sinais (Montagem)
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Roteamento de Sinais
� Pistas de Sinais (Soldagem)
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Roteamento de Sinais
� Considerações:
�O roteamento dos sinais sempre deve ser feito dentro das regiões definidas na disposição dos componentes. �O Sinal do cristal deve ser o menor possível�Os sinais Sensíveis (Susceptibilidade à EMI ) devem ser blindados com o plano de terra.�Os sinais Agressivos ( Emissão de EMI ) devem estar o mais afastado possível dos outros sinais.�Fazer as ligações menores possíveis para garantir uma grande área de terra.
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Roteamento de Sinais
� Algumas dicas extras:
Trilhas longas podem ser consideradas como uma Antena.
Cuidado paralelismo de trilhas gera capacitores.
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Finalizando a PCI
� Pistas + Alimentação + Plano Terra (Montagem)
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Finalizando a PCI
� Pistas + Alimentação + Plano Terra (Soldagem)
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Placa (Montagem)
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Placa (Soldagem)
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Considerações Finais
� Pensar em EMI desde o início do projeto.� Procurar fazer o esquema elétrico com cuidados de
robustez do projeto.� Definir com clareza os blocos no esquema elétrico.� Fazer a distribuição dos blocos na PCI de forma a
minimizar o cruzamento de sinais sensíveis e agressivos.
� Fazer as alimentações e terra com baixa impedância.� Ligar a placa seguindo as regiões definidas na
disposição de componentes.
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Dicas de software
� Técnicas de software para minimizar os efeitos dos ruídos e irradiações.
Entradas digitais:Realização de “Pooling” ou então medição de tempo do sinal.
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Dicas de software
� Técnicas de software para minimizar os efeitos dos ruídos e irradiações.
Uso de watchdog timer:Priorizar uso de apenas 1 WDT e com verificação e recarga apenas na função principal.
Pinos de interrupção:Sempre verificar o status do pinos antes de prosseguir com a função de interrupção.
Entradas de A/D:Realização de várias amostragens e média dos valores
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Agenda
� Introdução
� O que é EMI, EFT, ESD e EMC ?
� Algumas normas comuns
� Conhecendo alguns filtros e blindagens
� Estudo de caso (criação de PCB)
� Dicas do software
� Referências
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Referências para mais informações
Application Notes (Microchip):
� AN943-Practical PICmicro® Oscillator Analysis and Design
�
AN823-Analog Design in a Digital World Using Mixed Signal Controllers
� AN595-Improving the Susceptibility of an Application to ESD
�
AN688-Layout Tips for 12-Bit A/D Converter Application
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Referências para mais informações
� EMC Newsletter− Disponível em: EMC Design Center
Home->Application Design Center-> EMC Design Center
� EMC Web Seminarswww.microchip.com/emc
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Referências para mais informações
� Federal Communications Commission www.fcc.gov
� International Electrotechnical Commissionwww.iec.ch
� MIL Standards (military) www.mil-standards.com
� Society of Automotive Engineers www.sae.org
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Dúvidas?
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A Equipe Microchip Agradece a sua Presença.