Trong thiết kế PCB, khả năng tương thích điện từ (EMC) và nhiễu điện từ liên quan (EMI) luôn là hai vấn đề chính khiến các kỹ sư bị đau đầu, đặc biệt là trong thiết kế bảng mạch ngày nay và bao bì thành phần bị thu hẹp và OEM đòi hỏi tình huống hệ thống tốc độ cao hơn.

1. Crosstalk và hệ thống dây điện là những điểm chính

Hệ thống dây đặc biệt quan trọng để đảm bảo dòng chảy bình thường. Nếu dòng điện đến từ bộ tạo dao động hoặc thiết bị tương tự khác, điều đặc biệt quan trọng là giữ dòng điện tách biệt với mặt phẳng mặt đất hoặc không để dòng điện chạy song song với dấu vết khác. Hai tín hiệu tốc độ cao song song sẽ tạo EMC và EMI, đặc biệt là nhiễu xuyên âm. Đường dẫn điện trở phải ngắn nhất và đường dẫn trở lại phải càng ngắn càng tốt. Độ dài của dấu vết đường dẫn trở lại phải giống như chiều dài của dấu vết gửi.

Đối với EMI, một người được gọi là dây điện xâm phạm và người kia là nạn nhân của dây điện. Sự kết hợp của độ tự cảm và điện dung sẽ ảnh hưởng đến dấu vết của nạn nhân của người Viking do sự hiện diện của các trường điện từ, do đó tạo ra dòng điện phía trước và đảo ngược trên dấu vết nạn nhân. Trong trường hợp này, gợn sóng sẽ được tạo ra trong một môi trường ổn định trong đó độ dài truyền và độ dài tiếp nhận của tín hiệu gần như bằng nhau.

Trong một môi trường hệ thống dây điện cân bằng và ổn định, các dòng điện cảm ứng sẽ hủy bỏ nhau để loại bỏ nhiễu xuyên âm. Tuy nhiên, chúng ta đang ở trong một thế giới không hoàn hảo, và những điều như vậy sẽ không xảy ra. Do đó, mục tiêu của chúng tôi là giữ cho nhiễu xuyên âm của tất cả các dấu vết ở mức tối thiểu. Nếu chiều rộng giữa các đường song song gấp đôi chiều rộng của các đường, ảnh hưởng của nhiễu xuyên âm có thể được giảm thiểu. Ví dụ: nếu chiều rộng theo dõi là 5 triệu, khoảng cách tối thiểu giữa hai dấu vết chạy song song phải là 10 triệu trở lên.

Khi các vật liệu mới và các thành phần mới tiếp tục xuất hiện, các nhà thiết kế PCB phải tiếp tục đối phó với các vấn đề tương thích và nhiễu điện từ.

2. Tụ điện tách rời

Các tụ điện tách rời có thể làm giảm tác dụng phụ của nhiễu xuyên âm. Chúng nên được đặt giữa chân nguồn và chân đất của thiết bị để đảm bảo trở kháng AC thấp và giảm nhiễu và nhiễu xuyên âm. Để đạt được trở kháng thấp trên một dải tần số rộng, nên sử dụng nhiều tụ tách rời.

Một nguyên tắc quan trọng để đặt các tụ điện tách rời là tụ điện có giá trị điện dung nhỏ nhất nên càng gần càng tốt với thiết bị để giảm hiệu ứng độ tự cảm trên dấu vết. Tụ điện đặc biệt này càng gần càng tốt với pin nguồn hoặc dấu vết công suất của thiết bị và kết nối miếng đệm của tụ điện trực tiếp với mặt phẳng VIA hoặc mặt đất. Nếu dấu vết dài, hãy sử dụng nhiều VIAS để giảm thiểu trở kháng mặt đất.

3. Ground PCB

Một cách quan trọng để giảm EMI là thiết kế mặt phẳng mặt đất PCB. Bước đầu tiên là làm cho khu vực nối đất càng lớn càng tốt trong tổng diện tích của bảng mạch PCB, có thể làm giảm phát xạ, nhiễu xuyên âm và nhiễu. Phải đặc biệt cẩn thận khi kết nối từng thành phần với điểm mặt đất hoặc mặt phẳng mặt đất. Nếu điều này không được thực hiện, hiệu ứng trung hòa của mặt phẳng mặt đất đáng tin cậy sẽ không được sử dụng đầy đủ.

Một thiết kế PCB đặc biệt phức tạp có một số điện áp ổn định. Lý tưởng nhất, mỗi điện áp tham chiếu có mặt phẳng mặt đất tương ứng riêng. Tuy nhiên, nếu lớp đất quá nhiều, nó sẽ tăng chi phí sản xuất của PCB và làm cho giá quá cao. Sự thỏa hiệp là sử dụng các mặt phẳng mặt đất ở ba đến năm vị trí khác nhau và mỗi mặt phẳng mặt đất có thể chứa nhiều bộ phận mặt đất. Điều này không chỉ kiểm soát chi phí sản xuất của bảng mạch, mà còn giảm EMI và EMC.

Nếu bạn muốn giảm thiểu EMC, một hệ thống nối đất trở kháng thấp là rất quan trọng. Trong PCB nhiều lớp, tốt nhất là có một mặt phẳng mặt đất đáng tin cậy, thay vì đánh cắp đồng hoặc mặt phẳng mặt đất rải rác, bởi vì nó có trở kháng thấp, có thể cung cấp một đường dẫn hiện tại, là nguồn tín hiệu ngược tốt nhất.

Khoảng thời gian tín hiệu trở lại mặt đất cũng rất quan trọng. Thời gian giữa tín hiệu và nguồn tín hiệu phải bằng nhau, nếu không nó sẽ tạo ra một hiện tượng giống như ăng-ten, làm cho năng lượng bức xạ trở thành một phần của EMI. Tương tự, các dấu vết truyền dòng điện đến/từ nguồn tín hiệu phải càng ngắn càng tốt. Nếu chiều dài của đường dẫn nguồn và đường trở lại không bằng nhau, độ nảy của mặt đất sẽ xảy ra, cũng sẽ tạo ra EMI.

4. Tránh góc 90 °

Để giảm EMI, tránh dây, vias và các thành phần khác tạo thành góc 90 °, bởi vì các góc vuông sẽ tạo ra bức xạ. Ở góc này, điện dung sẽ tăng lên, và trở kháng đặc trưng cũng sẽ thay đổi, dẫn đến phản xạ và sau đó là EMI. Để tránh các góc 90 °, các dấu vết nên được định tuyến đến các góc ít nhất ở hai góc 45 °.

5. Sử dụng VIAS một cách thận trọng

Trong hầu hết tất cả các bố cục PCB, VIAS phải được sử dụng để cung cấp các kết nối dẫn điện giữa các lớp khác nhau. Các kỹ sư bố trí PCB cần đặc biệt cẩn thận vì VIAS sẽ tạo ra độ tự cảm và điện dung. Trong một số trường hợp, họ cũng sẽ tạo ra các phản xạ, bởi vì trở kháng đặc trưng sẽ thay đổi khi một VIA được thực hiện trong dấu vết.

Ngoài ra, hãy nhớ rằng VIAS sẽ tăng độ dài của dấu vết và cần phải được khớp. Nếu đó là một dấu vết khác biệt, nên tránh Vias càng nhiều càng tốt. Nếu không thể tránh được, hãy sử dụng VIAS trong cả hai dấu vết để bù cho sự chậm trễ trong tín hiệu và đường dẫn trả về.

6. Cáp và che chắn vật lý

Cáp mang các mạch kỹ thuật số và dòng tương tự sẽ tạo ra điện dung ký sinh và độ tự cảm, gây ra nhiều vấn đề liên quan đến EMC. Nếu một cáp cặp xoắn được sử dụng, mức độ khớp nối sẽ được giữ ở mức thấp và từ trường được tạo sẽ được loại bỏ. Đối với các tín hiệu tần số cao, phải sử dụng cáp được che chắn và mặt trước và mặt sau của cáp phải được nối đất để loại bỏ nhiễu EMI.

Việc che chắn vật lý là bao bọc toàn bộ hoặc một phần của hệ thống bằng gói kim loại để ngăn EMI đi vào mạch PCB. Loại che chắn này giống như một thùng chứa dẫn điện được đóng, làm giảm kích thước vòng ăng -ten và hấp thụ EMI.