Quando falamos de contramedidas contra ruído, é comum cair em soluções como “colocar um capacitor de desacoplamento” ou “adicionar uma pérola de ferrite”. Essas medidas muitas vezes funcionam, mas se avançarmos apenas por tentativa e erro, fica difícil entender por que funcionaram — e, na próxima vez, repetir o resultado.
Neste artigo, apresento um framework básico para organizar o pensamento sobre ruído. Além disso, usando uSimmics (QucsStudio), construímos um modelo de circuito simples e mostramos, por meio das formas de onda simuladas, como elementos “invisíveis” no esquemático (parasitismos) afetam o comportamento real do circuito.
Classificar os problemas de ruído em 3 tipos facilita a análise
Quando surge a sensação de que “talvez seja ruído”, ajuda muito começar classificando os sintomas em três categorias.
- Mau funcionamento: decisões H/L incorretas em sinais digitais, resets inesperados, falhas de comunicação, interrupções falsas
- Degradação de desempenho: redução da sensibilidade de recepção, piora do SNR, aumento de jitter, distorção de imagem/áudio
- Impacto externo / não conformidade: emissões EMI (radiadas ou conduzidas) acima do limite, interferência em equipamentos próximos
Essas três categorias organizam os sintomas. No entanto, a estrutura da causa costuma ser a mesma e pode ser explicada pelo modelo Fonte → Caminho → Vítima. Por exemplo, em uma emissão radiada: “Fonte = comutação”, “Caminho = trilhas ou gabinete”, “Vítima = equipamentos ao redor”. Assim, problemas internos (funcionamento e desempenho) e externos (EMI/EMC) podem ser analisados com o mesmo raciocínio.
Framework básico: Fonte → Caminho → Vítima
O ruído não é um problema apenas por existir. Ele se torna um problema quando é gerado, depois se propaga ou se acopla, e finalmente entra em um ponto sensível.
- Fonte (Source): comutação, clock, DC/DC, flancos rápidos de I/O, motores, relés etc.
- Caminho / Acoplamento (Path / Coupling): trilhas, alimentação, GND, cabos, espaço (acoplamento C/L, reflexão, impedância comum)
- Vítima (Victim): circuitos de recepção/RF, referências de tensão, ADC, entradas de clock, reset, linhas de sensores
Olhando por esses três pontos, fica mais claro onde vale a pena agir primeiro.
Onde atuar primeiro? (uma ordem prática)
Para reduzir retrabalho, a seguinte ordem costuma funcionar bem na prática.
- Se puder enfraquecer a fonte, é o mais eficaz: desacelerar o flanco, reduzir o drive, mudar a frequência, usar spread spectrum (com possível impacto no desempenho)
- Se a fonte não puder ser eliminada, controle o caminho: garantir um bom caminho de retorno, reduzir a área de loop, terminação, filtragem, blindagem
- Por fim, tornar a vítima mais robusta: mesmo que o ruído entre, evitar decisões erradas — adicionar margem, estabilizar entradas (histerese/RC) e, se necessário, usar proteção e melhorar o roteamento
Em placas de circuito, muitas vezes o maior ganho vem do controle do caminho. E esse caminho é fortemente influenciado por elementos que não aparecem no esquemático.
Os “culpados invisíveis”: parasitismos (L / C / R)
Em muitos problemas de ruído, o fator decisivo não está no diagrama, mas na implementação física. Três elementos aparecem com muita frequência.
Trilhas e vias se comportam como indutores (L)
Trilhas, vias e caminhos de retorno de GND possuem indutância. Quando a corrente varia rapidamente (di/dt elevado), essa indutância gera uma queda de tensão proporcional a L × di/dt.
Idealmente, GND seria 0 V em qualquer ponto. Na prática, o GND é formado por condutores reais, e essa queda de tensão faz o potencial local de GND oscilar. Esse fenômeno é conhecido como ground bounce.
Quando o GND se move, pinos de reset ou referências de tensão parecem variar “em relação ao GND”, o que pode causar resets falsos ou erros de leitura.
Trilhas adjacentes: acoplamento capacitivo (C)
Duas trilhas próximas possuem uma pequena capacitância de acoplamento. Mesmo sem estar desenhada, elas se comportam como se houvesse um pequeno capacitor entre elas.
Quando a tensão em uma trilha muda rapidamente (dv/dt elevado), uma corrente transitória flui por essa capacitância, gerando uma pequena variação de tensão na trilha vizinha, normalmente vista como um espike.
Esse fenômeno é chamado de crosstalk (diafonia). Quanto mais rápido o flanco, mais evidente o efeito, especialmente se a trilha vítima tiver alta impedância.
A importância da “perda” (R)
Indutores e capacitores ideais apenas armazenam e devolvem energia. Como não há dissipação, uma vez iniciado, o ringing pode demorar a desaparecer.
Para amortecer o ringing, é necessário um mecanismo de dissipação. É aí que entra a resistência (R), que converte energia em calor e promove a atenuação da oscilação.
A eficácia das pérolas de ferrite pode ser entendida dessa forma: em altas frequências, elas apresentam maior componente de perda, ajudando a reduzir picos e oscilações.
uSimmics: GND não é um 0 V ideal
Aqui usamos o uSimmics para montar um modelo mínimo e verificar, pelas formas de onda, que “com uma indutância parasita, o GND pode oscilar”. O objetivo é visualizar como o caminho do ruído é criado.
Modelo do circuito
- VPulse (pulso de 0 → 1 V)
- Rload (resistor de carga)
- GND
- Uma pequena indutância no retorno de GND (ex.: 5 nH), representando a indutância parasita das trilhas
VPulse → Rload → node(out) → Lgnd(5nH) → GNDResumo
Ao tratar problemas de ruído, organizar a análise como Fonte → Caminho → Vítima ajuda a manter o foco. Em PCBs, os parasitismos (L/C/R) que não aparecem no esquemático costumam definir o caminho do ruído, e o problema surge quando ele chega à vítima.
Com o uSimmics, mesmo um modelo simples já permite entender visualmente “por que” uma contramedida funciona. Nos próximos artigos, aplicaremos o mesmo framework para analisar reflexão e ringing, ferrites, crosstalk e desacoplamento de alimentação, sempre com base em formas de onda.
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