Dalam desain PCB, kompatibilitas elektromagnetik (EMC) dan interferensi elektromagnetik terkait (EMI) selalu menjadi dua masalah utama yang menyebabkan insinyur sakit kepala, terutama dalam desain papan sirkuit saat ini dan pengemasan komponen menyusut, dan OEM membutuhkan situasi sistem berkecepatan lebih tinggi.
1. Crosstalk dan kabel adalah poin utama
Pengkabelan sangat penting untuk memastikan aliran arus normal. Jika arus berasal dari osilator atau perangkat serupa lainnya, sangat penting untuk menjaga arus terpisah dari bidang tanah, atau tidak untuk membiarkan arus berjalan sejajar dengan jejak lain. Dua sinyal berkecepatan tinggi paralel akan menghasilkan EMC dan EMI, terutama crosstalk. Jalur resistensi harus menjadi yang terpendek, dan jalur pengembalian saat ini harus sesingkat mungkin. Panjang jejak jalur pengembalian harus sama dengan panjang jejak kirim.
Untuk EMI, satu disebut "kabel yang dilanggar" dan yang lainnya adalah "kabel korban". Kopling induktansi dan kapasitansi akan mempengaruhi jejak "korban" karena adanya medan elektromagnetik, sehingga menghasilkan arus maju dan mundur pada "jejak korban". Dalam hal ini, riak akan dihasilkan dalam lingkungan yang stabil di mana panjang transmisi dan panjang penerimaan sinyal hampir sama.
Dalam lingkungan kabel yang seimbang dan stabil, arus yang diinduksi harus membatalkan satu sama lain untuk menghilangkan crosstalk. Namun, kita berada di dunia yang tidak sempurna, dan hal -hal seperti itu tidak akan terjadi. Oleh karena itu, tujuan kami adalah menjaga crosstalk dari semua jejak seminimal mungkin. Jika lebar antara garis paralel adalah dua kali lebar garis, efek crosstalk dapat diminimalkan. Misalnya, jika lebar jejak adalah 5 mil, jarak minimum antara dua jejak paralel harus 10 mil atau lebih.
Karena bahan baru dan komponen baru terus muncul, perancang PCB harus terus berurusan dengan kompatibilitas elektromagnetik dan masalah interferensi.
2. Kapasitor Decoupling
Kapasitor decoupling dapat mengurangi efek samping 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 untuk menempatkan kapasitor decoupling adalah bahwa 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 menghubungkan bantalan kapasitor langsung ke bidang via atau ground. Jika jejaknya panjang, gunakan beberapa vias untuk meminimalkan impedansi tanah.
3. Ground PCB
Cara penting untuk mengurangi EMI adalah merancang bidang tanah PCB. Langkah pertama adalah membuat area pentanahan sebesar mungkin dalam total luas papan sirkuit PCB, yang dapat mengurangi emisi, crosstalk, dan kebisingan. Perawatan khusus harus diambil saat menghubungkan setiap komponen ke titik tanah atau bidang tanah. Jika ini tidak dilakukan, efek penetral dari bidang tanah yang andal tidak akan sepenuhnya digunakan.
Desain PCB yang sangat kompleks memiliki beberapa tegangan stabil. Idealnya, setiap tegangan referensi memiliki bidang tanah yang sesuai. Namun, jika lapisan tanah terlalu banyak, itu akan meningkatkan biaya produksi PCB dan membuat harga terlalu tinggi. Kompromi adalah menggunakan pesawat tanah dalam tiga hingga lima posisi yang berbeda, dan setiap bidang tanah dapat berisi beberapa bagian tanah. Ini tidak hanya mengontrol biaya produksi papan sirkuit, tetapi juga mengurangi EMI dan EMC.
Jika Anda ingin meminimalkan EMC, sistem pentanahan impedansi rendah sangat penting. Dalam PCB multi-layer, yang terbaik adalah memiliki bidang tanah yang andal, daripada pesawat ground pencuri atau tersebar, karena memiliki impedansi rendah, dapat memberikan jalur saat ini, adalah sumber sinyal terbalik terbaik.
Lamanya waktu sinyal kembali ke tanah juga sangat penting. Waktu antara sinyal dan sumber sinyal harus sama, jika tidak, ia akan menghasilkan fenomena seperti antena, menjadikan energi yang dipancarkan menjadi bagian dari EMI. Demikian pula, jejak yang mentransmisikan arus ke/dari sumber sinyal harus sesingkat mungkin. Jika panjang jalur sumber dan jalur pengembalian tidak sama, bouncing tanah akan terjadi, yang juga akan menghasilkan EMI.
4. Hindari sudut 90 °
Untuk mengurangi EMI, hindari kabel, vias dan komponen lain yang membentuk sudut 90 °, karena sudut kanan akan menghasilkan radiasi. Di sudut ini, kapasitansi akan meningkat, dan impedansi karakteristik juga akan berubah, yang mengarah ke refleksi dan kemudian EMI. Untuk menghindari sudut 90 °, jejak harus dialihkan 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 hati -hati karena VIAS akan menghasilkan induktansi dan kapasitansi. Dalam beberapa kasus, mereka juga akan menghasilkan refleksi, karena impedansi karakteristik akan berubah ketika via dibuat dalam jejak.
Juga ingat bahwa vias akan meningkatkan panjang jejak dan perlu dicocokkan. Jika itu adalah jejak diferensial, vias harus dihindari sebanyak mungkin. Jika tidak dapat dihindari, gunakan VIAS di kedua jejak untuk mengimbangi keterlambatan pada jalur sinyal dan pengembalian.
6. Kabel dan Perisai 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 tetap rendah dan medan magnet yang dihasilkan akan dihilangkan. Untuk sinyal frekuensi tinggi, kabel yang terlindung harus digunakan, dan bagian depan dan belakang kabel harus di-ground untuk menghilangkan gangguan EMI.
Perisai fisik adalah untuk membungkus seluruh atau bagian sistem dengan paket logam untuk mencegah EMI memasuki sirkuit PCB. Perisai semacam ini seperti wadah konduktif yang tertutup, yang mengurangi ukuran loop antena dan menyerap EMI.