Dalam desain PCB, kompatibilitas elektromagnetik (EMC) dan interferensi elektromagnetik terkait (EMI) selalu menjadi dua masalah utama yang menyebabkan sakit kepala bagi para insinyur, terutama dalam desain papan sirkuit dan kemasan komponen saat ini yang menyusut, dan OEM memerlukan situasi sistem berkecepatan lebih tinggi.

1. Crosstalk dan wiring adalah poin utamanya

Pengkabelan sangat penting untuk memastikan aliran arus normal. Jika arus berasal dari osilator atau perangkat serupa lainnya, sangat penting untuk memisahkan arus dari bidang dasar, atau tidak membiarkan arus mengalir sejajar dengan jejak lain. Dua sinyal paralel berkecepatan tinggi akan menghasilkan EMC dan EMI, terutama crosstalk. Jalur hambatan harus terpendek, dan jalur arus balik harus sependek mungkin. Panjang jejak jalur kembali harus sama dengan panjang jejak pengiriman.

Untuk EMI, yang satu disebut “kabel yang dilanggar” dan yang lainnya disebut “kabel yang menjadi korban”. Penggabungan induktansi dan kapasitansi akan mempengaruhi jejak “korban” karena adanya medan elektromagnetik, sehingga menimbulkan arus maju dan mundur pada “jejak korban”. Dalam hal ini, riak akan dihasilkan dalam lingkungan stabil dimana panjang transmisi dan panjang penerimaan sinyal hampir sama.

Dalam lingkungan pengkabelan yang seimbang dan stabil, arus induksi harus menghilangkan satu sama lain untuk menghilangkan crosstalk. Namun, kita berada di dunia yang tidak sempurna, dan hal seperti itu tidak akan terjadi. Oleh karena itu, tujuan kami adalah meminimalkan persilangan semua jejak. Jika lebar antar garis sejajar adalah dua kali lebar garis, maka efek crosstalk dapat diminimalkan. Misalnya, jika lebar lintasan adalah 5 mil, jarak minimum antara dua lintasan lari paralel harus 10 mil atau lebih.

Ketika material baru dan komponen baru terus bermunculan, perancang PCB harus terus menangani masalah kompatibilitas dan interferensi elektromagnetik.

2. Decoupling kapasitor

Decoupling kapasitor dapat mengurangi efek buruk dari crosstalk. Mereka harus ditempatkan di antara pin catu daya dan pin ground perangkat untuk memastikan impedansi AC rendah dan mengurangi kebisingan dan crosstalk. Untuk mencapai impedansi rendah pada rentang frekuensi yang luas, beberapa kapasitor decoupling harus digunakan.

Prinsip penting dalam menempatkan kapasitor decoupling adalah kapasitor dengan nilai kapasitansi terkecil harus sedekat mungkin dengan perangkat untuk mengurangi efek induktansi pada jejak. Kapasitor khusus ini sedekat mungkin dengan pin daya atau jejak daya perangkat, dan sambungkan bantalan kapasitor langsung ke bidang via atau ground. Jika jejaknya panjang, gunakan beberapa vias untuk meminimalkan impedansi ground.

3. Hubungkan PCB ke ground

Cara penting untuk mengurangi EMI adalah dengan mendesain ground plane PCB. Langkah pertama adalah membuat area grounding seluas mungkin dalam total luas papan sirkuit PCB, yang dapat mengurangi emisi, crosstalk, dan kebisingan. Perhatian khusus harus diberikan saat menghubungkan setiap komponen ke titik ground atau bidang ground. Jika hal ini tidak dilakukan, efek netralisasi dari ground plane yang andal tidak akan dapat dimanfaatkan sepenuhnya.

Desain PCB yang sangat kompleks memiliki beberapa voltase stabil. Idealnya, setiap tegangan referensi mempunyai ground plane yang sesuai. Namun jika lapisan tanahnya terlalu banyak maka akan meningkatkan biaya produksi PCB dan membuat harganya menjadi terlalu tinggi. Komprominya adalah dengan menggunakan pesawat darat dalam tiga hingga lima posisi berbeda, dan setiap pesawat darat dapat berisi beberapa bagian darat. Hal ini tidak hanya mengontrol biaya produksi papan sirkuit, tetapi juga mengurangi EMI dan EMC.

Jika Anda ingin meminimalkan EMC, sistem grounding impedansi rendah sangat penting. Dalam PCB multi-layer, yang terbaik adalah memiliki ground plane yang andal, daripada ground plane pencuri tembaga atau ground yang tersebar, karena memiliki impedansi rendah, dapat menyediakan jalur arus, dan merupakan sumber sinyal balik terbaik.

Lamanya waktu sinyal kembali ke tanah juga sangat penting. Waktu antara sinyal dan sumber sinyal harus sama, jika tidak maka akan menghasilkan fenomena seperti antena, sehingga energi yang dipancarkan menjadi bagian dari EMI. Demikian pula, jejak yang mengirimkan arus ke/dari sumber sinyal harus dibuat sesingkat mungkin. Jika panjang jalur sumber dan jalur kembali tidak sama, maka akan terjadi pantulan tanah, yang juga akan menghasilkan EMI.

4. Hindari sudut 90°

Untuk mengurangi EMI, hindari perkabelan, vias dan komponen lain yang membentuk sudut 90°, karena sudut siku-siku akan menghasilkan radiasi. Pada sudut ini, kapasitansi akan meningkat, dan impedansi karakteristik juga akan berubah, menyebabkan refleksi dan kemudian EMI. Untuk menghindari sudut 90°, lintasan harus diarahkan ke sudut setidaknya pada dua sudut 45°.

5. Gunakan vias dengan hati-hati

Di hampir semua tata letak PCB, vias harus digunakan untuk menyediakan koneksi konduktif antara lapisan yang berbeda. Insinyur tata letak PCB harus sangat berhati-hati karena vias akan menghasilkan induktansi dan kapasitansi. Dalam beberapa kasus, mereka juga akan menghasilkan refleksi, karena impedansi karakteristik akan berubah ketika sebuah via dibuat dalam jejak.

Ingat juga bahwa vias akan menambah panjang jejak dan perlu dicocokkan. Jika ini merupakan jejak diferensial, vias harus dihindari sebisa mungkin. Jika hal ini tidak dapat dihindari, gunakan vias di kedua jalur untuk mengkompensasi penundaan sinyal dan jalur kembali.

6. Kabel dan pelindung fisik

Kabel yang membawa sirkuit digital dan arus analog akan menghasilkan kapasitansi dan induktansi parasit, menyebabkan banyak masalah terkait EMC. Jika kabel twisted-pair digunakan, level kopling akan dijaga tetap rendah dan medan magnet yang dihasilkan akan dihilangkan. Untuk sinyal frekuensi tinggi, kabel berpelindung harus digunakan, dan bagian depan dan belakang kabel harus diarde untuk menghilangkan interferensi EMI.

Pelindung fisik adalah membungkus seluruh atau sebagian sistem dengan kemasan logam untuk mencegah EMI memasuki rangkaian PCB. Pelindung semacam ini seperti wadah konduktif ground tertutup, yang mengurangi ukuran loop antena dan menyerap EMI.