Effetto ronzio nel PCB: cause e rimedi

A seguito di un comando o di un repentino cambiamento nel segnale di output può avvenire una oscillazione di corrente e di voltaggio che provoca un fastidioso ronzio. Si tratta di un importante problema per i progettisti poiché consiste in una emissione e una ricezione di rumore elettromagnetico. Il rumore è quindi una forma di energia elettrica trasportata fino al conduttore nel caso in cui questo risultasse collegato. Se invece i conduttori fossero due o più la trasmissione del rumore avviene con modalità differenti. Il ronzio può essere anche chiamato “Increspatura” proprio per la forma del segnale di output così caratterizzata. Questo avviene principalmente all’output di quando si utilizzano alimentatori switching AC, nel caso in cui l’alimentazione non eliminasse in modo congruo la forma d’onda AC.

Da cosa è causato il ronzio?

Alla base del ronzio troviamo le cause legate alla lunghezza delle tracce, oltre che all’alimentazione stessa. In linea generale le tracce vengono considerate “lunghe” quando il tempo di propagazione di andata e ritorno siano comparabili al tempo di risalita del segnale in circuiti digitali. Se invece la traccia dovesse essere corta, il ronzio allora è causato da una induttanza  e dalla capacità totale. Quindi un impulso oppure un cambio improvviso nell’input possono portare i vari componenti passivi a risuonare creando l’effetto ronzio dell’output. Nelle tracce lunghe, invece, la causa del ronzio potrebbe essere il riflesso della frequenza di segnale da un’incompatibilità di impedenza.

Nel caso di interferenze elettromagnetiche o EMI crescenti il ronzio può produrre rumore e interferenza apportando problemi nella performance associata. In questo caso molto importante è l’utilizzo degli oscilloscopi che con la loro sensibilità e le prestazioni moderne aiutano ad ottimizzare EMI durante la fase di sviluppo.

Se dovessimo avere un flusso di corrente aumentato, il ronzio porterà ad un aumento del flusso di corrente all’interno del circuito stesso. Come conseguenza si avrà un aumento dell’energia consumata dal prodotto realizzato, una vita breve della batteria e un calore eccessivo dei componenti della basetta, andando ad influire sulla loro durata e la loro funzionalità.

Quindi il ronzio può portare ad un insieme di prestazioni limitate dovute dall’accumulo dell’aumento di corrente e del calore, andando a diminuire la performance stessa su diversi parametri con un output più povero.

Nel caso poi di circuiti digitali, il ronzio diventa maggiormente compromettente e a rischio di danneggiamento con dati corrotti e diversi e possibili errori finali.

Se ci troviamo di fronte ad applicazioni video ed audio si può avere un tipo particolare di ronzio dovuto al ritorno acustico. La cosiddetta increspatura avviene nello spettro audio fino ad essere sentito nell’output.

Dopo aver visto le diverse cause, procediamo con le possibili soluzioni al ronzio. Nel caso avessimo bisogno di un confronto o di chiedere maggiori informazioni sulla procedura, possiamo fare affidamento sul Blog PCB Design. Per prima cosa dobbiamo specificare che il ronzio può avere diversi livelli partendo da uno stato fastidioso fino a poter essere veramente dannoso per quanto riguarda le prestazioni del sistema. L’ottimizzazione del progetto può quindi produrre una forte differenza per il risultato finale sia nell’output che nella performance. Per prima cosa, quindi, bisogna ridurre l’induttanza parassitaria e la capacità. Per fare questo dovremmo ridurre al minimo la durata dei nodi soprattutto intorno ai componenti del piano dell’alimentazione sulla basetta.

Dobbiamo essere consapevoli però che è impossibile controllare ogni singola fonte di interferenza per qualsiasi tipo di programma ma utilizzare un software di ottimo livello aiuta sicuramente per il risultato finale.  Un consiglio per un programma ad alto livello è quello di usare Altium, tra i migliori software per PCB con il suo Altium Designer grazie ai suoi strumenti riescono a prendersi carico di un controllo ottimale per molti possibili errori che altrimenti avverrebbero.