Chống nhiễu là một mắt xích rất quan trọng trong thiết kế mạch hiện đại, nó phản ánh trực tiếp hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Đối với các kỹ sư PCB, thiết kế chống nhiễu là điểm then chốt và khó khăn mà ai cũng phải nắm vững.

Sự hiện diện của nhiễu trong bo mạch PCB
Trong nghiên cứu thực tế, người ta thấy rằng có bốn yếu tố cản trở chính trong thiết kế PCB: nhiễu nguồn điện, nhiễu đường truyền, khớp nối và nhiễu điện từ (EMI).

1. Tiếng ồn nguồn điện
Trong mạch tần số cao, nhiễu của nguồn điện có ảnh hưởng đặc biệt rõ ràng đến tín hiệu tần số cao. Vì vậy, yêu cầu đầu tiên đối với nguồn điện là độ ồn thấp. Ở đây, mặt đất sạch cũng quan trọng như nguồn điện sạch.

2. Đường truyền
Chỉ có hai loại đường truyền có thể có trong PCB: đường dây dải và đường dây vi sóng. Vấn đề lớn nhất với đường truyền là sự phản xạ. Sự phản ánh sẽ gây ra nhiều vấn đề. Ví dụ, tín hiệu tải sẽ là sự chồng chất của tín hiệu gốc và tín hiệu dội lại, điều này sẽ làm tăng độ khó của việc phân tích tín hiệu; phản xạ sẽ gây ra suy hao phản hồi (return loss), điều này sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu. Tác động cũng nghiêm trọng như do nhiễu phụ thêm gây ra.

3. Khớp nối
Tín hiệu nhiễu do nguồn nhiễu tạo ra gây nhiễu điện từ cho hệ thống điều khiển điện tử thông qua một kênh ghép nhất định. Phương pháp ghép nhiễu không gì khác hơn là tác động lên hệ thống điều khiển điện tử thông qua dây dẫn, không gian, đường dây chung,… Phân tích chủ yếu bao gồm các loại sau: ghép trực tiếp, ghép trở kháng chung, ghép điện dung, ghép cảm ứng điện từ, ghép bức xạ, vân vân.

4. Nhiễu điện từ (EMI)
Nhiễu điện từ EMI có hai loại: nhiễu dẫn và nhiễu bức xạ. Nhiễu dẫn điện đề cập đến sự ghép (nhiễu) tín hiệu trên mạng điện này với mạng điện khác thông qua một môi trường dẫn điện. Nhiễu bức xạ đề cập đến việc ghép nguồn nhiễu (nhiễu) tín hiệu của nó với một mạng điện khác trong không gian. Trong thiết kế hệ thống và PCB tốc độ cao, các đường tín hiệu tần số cao, chân mạch tích hợp, các đầu nối khác nhau, v.v. có thể trở thành nguồn nhiễu bức xạ có đặc tính ăng-ten, có thể phát ra sóng điện từ và ảnh hưởng đến các hệ thống khác hoặc các hệ thống con khác trong hệ thống. công việc bình thường.

Các biện pháp chống nhiễu PCB và mạch điện
Thiết kế chống nhiễu của bảng mạch in có liên quan chặt chẽ đến mạch cụ thể. Tiếp theo, chúng tôi sẽ chỉ giải thích một số biện pháp phổ biến trong thiết kế chống nhiễu PCB.

1. Thiết kế dây nguồn
Theo kích thước của dòng điện trên bảng mạch in, hãy cố gắng tăng chiều rộng của đường dây điện để giảm điện trở vòng lặp. Đồng thời, làm cho hướng của đường dây điện và đường đất phù hợp với hướng truyền tải dữ liệu, giúp tăng cường khả năng chống ồn.

2. Thiết kế dây nối đất
Tách mặt đất kỹ thuật số khỏi mặt đất tương tự. Nếu có cả mạch logic và mạch tuyến tính trên bảng mạch thì chúng nên được tách biệt càng nhiều càng tốt. Mặt đất của mạch tần số thấp phải được nối đất song song tại một điểm càng nhiều càng tốt. Khi việc nối dây thực tế gặp khó khăn, nó có thể được nối nối tiếp một phần và sau đó nối đất song song. Mạch tần số cao phải được nối đất tại nhiều điểm nối tiếp, dây nối đất phải ngắn và dày, đồng thời nên sử dụng lá nối đất diện tích lớn giống như lưới xung quanh thành phần tần số cao.

Dây nối đất phải càng dày càng tốt. Nếu sử dụng một dây rất mỏng làm dây nối đất, điện thế nối đất sẽ thay đổi theo dòng điện, làm giảm khả năng chống ồn. Vì vậy, dây nối đất phải dày hơn để có thể truyền gấp ba lần dòng điện cho phép trên bảng in. Nếu có thể, dây nối đất phải trên 2 ~ 3 mm.

Dây nối đất tạo thành một vòng khép kín. Đối với các bo mạch in chỉ bao gồm các mạch kỹ thuật số, hầu hết các mạch nối đất của chúng được sắp xếp thành các vòng để cải thiện khả năng chống nhiễu.

3. Cấu hình tụ điện tách
Một trong những phương pháp thiết kế PCB thông thường là cấu hình các tụ điện tách rời thích hợp trên từng bộ phận chính của bảng in.

Nguyên tắc cấu hình chung của tụ điện tách rời là:

① Kết nối tụ điện điện phân 10 ~ 100uf qua đầu vào nguồn. Nếu có thể, tốt hơn là kết nối với 100uF trở lên.

②Về nguyên tắc, mỗi chip mạch tích hợp phải được trang bị tụ gốm 0,01pF. Nếu khoảng cách của bảng in không đủ, có thể bố trí tụ điện 1-10pF cho mỗi 4 ~ 8 chip.

③Đối với các thiết bị có khả năng chống ồn yếu và thay đổi công suất lớn khi tắt, chẳng hạn như thiết bị lưu trữ RAM và ROM, nên kết nối trực tiếp một tụ điện tách rời giữa đường dây nguồn và đường nối đất của chip.

④Dây dẫn của tụ điện không được quá dài, đặc biệt là tụ điện bypass tần số cao không được có dây dẫn.

4. Các phương pháp loại bỏ nhiễu điện từ trong thiết kế PCB

①Giảm vòng lặp: Mỗi vòng lặp tương đương với một ăng-ten nên chúng ta cần giảm thiểu số vòng lặp, diện tích vòng lặp và hiệu ứng ăng-ten của vòng lặp. Đảm bảo rằng tín hiệu chỉ có một đường vòng tại hai điểm bất kỳ, tránh các vòng lặp nhân tạo và cố gắng sử dụng lớp nguồn.

②Lọc: Có thể sử dụng tính năng lọc để giảm EMI trên cả đường dây nguồn và đường tín hiệu. Có ba phương pháp: tách tụ điện, bộ lọc EMI và các thành phần từ tính.

③Khiên.

④ Cố gắng giảm tốc độ của các thiết bị tần số cao.

⑤ Việc tăng hằng số điện môi của bo mạch PCB có thể ngăn các bộ phận tần số cao như đường truyền gần bo mạch tỏa ra ngoài; tăng độ dày của bo mạch PCB và giảm thiểu độ dày của đường microstrip có thể ngăn dây điện từ tràn ra ngoài và cũng ngăn ngừa bức xạ.