ในการออกแบบ PCB ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) เป็นปัญหาปวดหัวหลักสองประการสำหรับวิศวกร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบแผงวงจรในปัจจุบันและแพ็คเกจส่วนประกอบยังคงหดตัวลง OEM ต้องการระบบความเร็วสูงกว่าในบทความนี้ ผมจะแบ่งปันวิธีหลีกเลี่ยงปัญหาแม่เหล็กไฟฟ้าในการออกแบบ PCB
1. Crosstalk และการจัดตำแหน่งเป็นจุดสนใจ
การจัดแนวเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเพื่อให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลอย่างเหมาะสมหากกระแสไฟฟ้ามาจากออสซิลเลเตอร์หรืออุปกรณ์อื่นที่คล้ายคลึงกัน สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องแยกกระแสไฟฟ้าออกจากชั้นกราวด์ หรือป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าวิ่งขนานกับแนวอื่นสัญญาณความเร็วสูงสองตัวขนานกันสามารถสร้าง EMC และ EMI ได้ โดยเฉพาะครอสทอล์คสิ่งสำคัญคือต้องรักษาเส้นทางของตัวต้านทานให้สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และเส้นทางกระแสกลับให้สั้นที่สุดความยาวของเส้นทางส่งกลับควรเท่ากับความยาวของเส้นทางการส่ง
สำหรับ EMI เส้นทางหนึ่งเรียกว่า “เส้นทางการละเมิด” และอีกเส้นทางหนึ่งเรียกว่า “เส้นทางของเหยื่อ”การมีเพศสัมพันธ์แบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟส่งผลต่อเส้นทาง "เหยื่อ" เนื่องจากมีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นจึงสร้างกระแสไปข้างหน้าและย้อนกลับบน "เส้นทางเหยื่อ"ด้วยวิธีนี้ ระลอกคลื่นจะถูกสร้างขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มั่นคง ซึ่งความยาวของการส่งและรับของสัญญาณเกือบจะเท่ากัน
ในสภาพแวดล้อมที่มีความสมดุลและมีการวางแนวที่มั่นคง กระแสเหนี่ยวนำควรจะตัดกัน ซึ่งจะช่วยกำจัดครอสทอล์คอย่างไรก็ตาม เราอยู่ในโลกที่ไม่สมบูรณ์แบบซึ่งสิ่งนั้นจะไม่เกิดขึ้นดังนั้นเป้าหมายของเราคือต้องรักษา crosstalk ให้เหลือน้อยที่สุดสำหรับการจัดแนวทั้งหมดผลกระทบของ crosstalk สามารถลดลงได้หากความกว้างระหว่างเส้นคู่ขนานเป็นสองเท่าของความกว้างของเส้นตัวอย่างเช่น หากความกว้างของเส้นคือ 5 มิล ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างเส้นคู่ขนานสองเส้นควรเป็น 10 มิล หรือมากกว่า
เนื่องจากวัสดุและส่วนประกอบใหม่ยังคงปรากฏอยู่ ผู้ออกแบบ PCB จะต้องจัดการกับปัญหา EMC และสัญญาณรบกวนต่อไป
2. ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วน
ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนจะช่วยลดผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ของครอสทอล์คควรอยู่ระหว่างพินกำลังและกราวด์ของอุปกรณ์ ซึ่งจะทำให้มีความต้านทานไฟฟ้ากระแสสลับต่ำ และลดเสียงรบกวนและสัญญาณรบกวนเพื่อให้ได้อิมพีแดนซ์ต่ำในช่วงความถี่กว้าง ควรใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกตัวหลายตัว
หลักการสำคัญในการวางตัวเก็บประจุแบบแยกตัวคือให้วางตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุต่ำสุดไว้ใกล้กับอุปกรณ์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดผลกระทบจากการเหนี่ยวนำในการจัดตำแหน่งควรวางตัวเก็บประจุเฉพาะนี้ให้ใกล้กับพินแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์หรือทางวิ่งของแหล่งจ่ายไฟมากที่สุด และควรเชื่อมต่อแผ่นอิเล็กโทรดของตัวเก็บประจุเข้ากับจุดผ่านหรือระดับพื้นดินโดยตรงหากการจัดตำแหน่งยาว ให้ใช้จุดแวะหลายจุดเพื่อลดความต้านทานกราวด์ให้เหลือน้อยที่สุด
3. การต่อสายดิน PCB
วิธีสำคัญในการลด EMI คือการออกแบบชั้นกราวด์ PCBขั้นตอนแรกคือการทำให้พื้นที่กราวด์มีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายในพื้นที่ทั้งหมดของบอร์ด PCB เพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ครอสทอล์ค และเสียงรบกวนต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษเมื่อเชื่อมต่อแต่ละส่วนประกอบเข้ากับจุดกราวด์หรือชั้นกราวด์ โดยที่ผลการทำให้เป็นกลางของชั้นกราวด์ที่เชื่อถือได้ไม่สามารถนำมาใช้ได้อย่างเต็มที่
การออกแบบ PCB ที่ซับซ้อนเป็นพิเศษมีแรงดันไฟฟ้าที่เสถียรหลายประการตามหลักการแล้ว แรงดันอ้างอิงแต่ละตัวจะมีชั้นกราวด์ที่สอดคล้องกันของตัวเองอย่างไรก็ตาม การมีชั้นกราวด์มากเกินไปจะทำให้ต้นทุนการผลิตของ PCB สูงขึ้นและทำให้มีราคาแพงเกินไปการประนีประนอมคือการใช้ชั้นกราวด์ในสถานที่ที่แตกต่างกันสามถึงห้าแห่ง ซึ่งแต่ละแห่งสามารถมีส่วนกราวด์ได้หลายส่วนซึ่งไม่เพียงแต่ควบคุมต้นทุนการผลิตของบอร์ดเท่านั้น แต่ยังช่วยลด EMI และ EMC อีกด้วย
ระบบสายดินอิมพีแดนซ์ต่ำมีความสำคัญหากต้องลด EMC ให้เหลือน้อยที่สุดใน PCB หลายชั้น ควรมีชั้นกราวด์ที่เชื่อถือได้มากกว่าบล็อกบาลานซ์ทองแดง (การขโมยทองแดง) หรือชั้นกราวด์ที่กระจัดกระจาย เนื่องจากมีอิมพีแดนซ์ต่ำ ให้เส้นทางกระแสไฟ และเป็นแหล่งสัญญาณย้อนกลับที่ดีที่สุด
ระยะเวลาที่สัญญาณใช้เพื่อกลับสู่พื้นก็มีความสำคัญเช่นกันเวลาที่สัญญาณเดินทางไปและกลับจากแหล่งกำเนิดจะต้องเทียบเคียงกัน มิฉะนั้นจะเกิดปรากฏการณ์คล้ายเสาอากาศขึ้น ทำให้พลังงานที่แผ่ออกมากลายเป็นส่วนหนึ่งของ EMIในทำนองเดียวกัน การจัดตำแหน่งของกระแสเข้า/จากแหล่งสัญญาณควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากเส้นทางต้นทางและเส้นทางกลับมีความยาวไม่เท่ากัน การสะท้อนกลับกราวด์จะเกิดขึ้นและสิ่งนี้จะสร้าง EMI ด้วยเช่นกัน
4. หลีกเลี่ยงมุม 90°
เพื่อลด EMI ควรหลีกเลี่ยงการวางตำแหน่ง จุดแวะ และส่วนประกอบอื่นๆ เพื่อสร้างมุม 90° เนื่องจากมุมขวาจะทำให้เกิดการแผ่รังสีเพื่อหลีกเลี่ยงมุม 90 ° การจัดตำแหน่งควรมีการเดินสายไฟมุม 45 °อย่างน้อยสองเส้นที่มุม
5. การใช้รูเกินต้องระมัดระวัง
ในโครงร่าง PCB เกือบทั้งหมด ต้องใช้จุดผ่านเพื่อให้การเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าระหว่างเลเยอร์ต่างๆในบางกรณี ยังสร้างการสะท้อน เนื่องจากอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะจะเปลี่ยนไปเมื่อมีการสร้างจุดแวะในการวางตำแหน่ง
สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าจุดแวะจะเพิ่มความยาวของการจัดตำแหน่งและจำเป็นต้องจับคู่กันในกรณีของการจัดตำแหน่งที่แตกต่างกัน ควรหลีกเลี่ยงจุดแวะหากเป็นไปได้หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ควรใช้จุดแวะในทั้งสองแนวเพื่อชดเชยความล่าช้าในสัญญาณและเส้นทางกลับ
6. สายเคเบิลและการป้องกันทางกายภาพ
สายเคเบิลที่มีวงจรดิจิทัลและกระแสอะนาล็อกสามารถสร้างประจุไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำแบบปรสิต ทำให้เกิดปัญหามากมายเกี่ยวกับ EMCถ้าใช้สายคู่ตีเกลียว คัปปลิ้งจะคงระดับต่ำไว้และสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะหมดไปสำหรับสัญญาณความถี่สูง ต้องใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม โดยทั้งด้านหน้าและด้านหลังต่อสายดิน เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวน EMI
การป้องกันทางกายภาพคือการห่อหุ้มระบบทั้งหมดหรือบางส่วนไว้ในบรรจุภัณฑ์โลหะ เพื่อป้องกันไม่ให้ EMI เข้าสู่วงจร PCBการป้องกันนี้ทำหน้าที่เหมือนตัวเก็บประจุแบบปิดและนำไฟฟ้าลงดิน ช่วยลดขนาดของลูปเสาอากาศและดูดซับ EMI
เวลาโพสต์: 23 พ.ย.-2022