Tabla de contenido

🔸 Introducción

La protección contra ESD (Descargas Electroestáticas) y EMI (Interferencia Electromagnética) es un aspecto crucial en el diseño de circuitos integrados. Estos fenómenos pueden comprometer la fiabilidad y funcionalidad de los dispositivos electrónicos en entornos electromagnéticos hostiles. Aplicar estrategias efectivas para mitigar los efectos de ESD y EMI garantiza no solo la protección de los componentes, sino también el cumplimiento con normativas internacionales de emisiones electromagnéticas.

📘 Fundamento Teórico

📖 Protección contra ESD (Descargas Electroestáticas):

Las Descargas Electroestáticas (ESD) son descargas repentinas de electricidad que pueden dañar componentes electrónicos sensibles, especialmente los circuitos integrados. La acumulación de carga estática puede generarse en el entorno o en el cuerpo humano y liberarse de forma brusca al entrar en contacto con dispositivos electrónicos

📄 Estrategias de protección contra ESD:

1. Diseño de circuitos:
   • Incorporar caminos de retorno de alta impedancia.
   • Evitar esquinas afiladas en diseños de PCB.
   • Utilizar diodos de protección en puntos críticos.
2. Componentes de protección:
   • Diodos de supresión de voltaje: Desvían descargas electroestáticas.
   • Varistores: Absorben el exceso de energía.
   • Condensadores de desacople: Ayudan a disipar las cargas.
3. Recubrimientos protectores:
   • Aplicar materiales aislantes o antiestáticos en PCBs y componentes para reducir la acumulación de carga.
4. Pruebas de ESD:
   • Someter los dispositivos y circuitos a pruebas de descargas para validar su resistencia según normativas.

Señal de ESD: Representación de una descarga electrostática.

Bolsa anti ESD: Protección común para almacenamiento.

Guantes anti ESD: Uso típico en manipulación de dispositivos sensibles.

📄 Modelos de evaluación de descargas electrostáticas (ESD)

1. Modelo de Cuerpo Humano (HBM):
   • Simula descargas generadas por el cuerpo humano al tocar un dispositivo.
   • Rango de voltaje: 2,000 a 8,000 V.
   • Duración: 10 a 30 nanosegundos.
2. Modelo de Carga de Dispositivo (CDM):
   • Representa descargas de un dispositivo cargado a otro.
   • Rango de voltaje: 100 a 500 V.
3. Modelo de Máquina (MM):
   • Evalúa descargas generadas en procesos de fabricación automatizados.
   • Rango de voltaje: 200 a 1,000 V.

📖 Protección contra EMI (Interferencia Electromagnética)

La Interferencia Electromagnética (EMI) se produce cuando campos electromagnéticos no deseados afectan el funcionamiento de dispositivos electrónicos. Esto puede provocar pérdida de datos, fallos en la comunicación o incluso daños permanentes en los componentes.

📄 Principales fuentes de EMI:

1. Conmutación de corriente: Generada por interruptores o transistores.
2. Transmisión de datos: Emisión no deseada de señales desde cables o antenas.
3. Descargas eléctricas: Como las generadas por ESD.
4. Operación a altas frecuencias: Conexiones mal diseñadas generan ruido electromagnético.

👁️ Ejemplo

“Así es el software que obra maravillas en el Falcon 9 de SpaceX: Linux y un sistema de redundancia triple para evitar fallos”

Una de las claves del sistema es el sistema de triple redundancia para evitar cualquier tipo de fallo y dirigir las decisiones que va tomando el software a la hora de controlar por ejemplo el cohete Falcon 9.

¿Por qué esa triple redundancia? Entre otras cosas por la radiación solar, que puede causar que los bits cambien de 0 a 1 o viceversa sin más. Con esa redundancia es posible detectar esas posibles situaciones. Las misiones suborbitales están poco expuestas a esta radiación, pero misiones en órbita o en "espacio profundo" incluso utilizan componentes físicos con aislantes específicos para evitar la exposición a esa radiación.

Este concepto de triple redundancia del que hablábamos hace uso de tres sistemas idénticos que procesan la información y llegan a un resultado. Teóricamente ese resultado "se vota" por mayoría, de forma que solo se produce un resultado definitivo y que, además, si uno de los tres falla los otros dos pueden "enmascarar" ese resultado diferente.

Así es el software que obra maravillas en el Falcon 9 de SpaceX: Linux y un sistema de redundancia triple para evitar fallos

📄 Mitigación de EMI en Sistemas Electrónicos:

1. Filtrado:
   • Uso de inductores y condensadores para atenuar señales de alta frecuencia.
2. Blindaje:
   • Aplicación de capas metálicas en PCBs y carcasas.
3. Diseño de PCB:
   • Trazado cuidadoso de pistas y separación entre tierras digitales y analógicas.
4. Normativas y pruebas:
   • Cumplimiento de regulaciones y verificación mediante pruebas de EMI

Capacitor de desacoplo: Ejemplo de mitigación de ruido en PCBs.

Posicionamiento adecuado de capacitores: Mejora del rendimiento contra EMI.

🧠 Ejercicios

1. Lee la AppNote EMC Design Consideration.

<aside> ℹ️ Leer AppNote EMC Desing Consideration para ver la configuración del pin de RESET y el valor del capacitor de desacoplo para el atmega328p empaquetado DIP

Atmel-1619-EMC-Design-Considerations_ApplicationNote_AVR040.pdf

</aside>

Describe cómo un capacitor de desacoplo mejora la protección contra EMI en un microcontrolador como el ATmega328P.

❗Véase también

• Programación de un microcontrolador

Decoupling and Filtering Capacitors Guideline

✔️ Referencias

Desco Europe. (2022, April 26). The Different ESD Events and their Models - HBM, CDM and MM. Desco Europe Blog; Desco Europe. https://desco-europe-esd-protection.blog/2022/04/26/the-different-esd-events-and-their-models-hbm-cdm-and-mm/