Dalam desain PCB, kompatibilitas elektromagnetik (EMC) dan interferensi elektromagnetik terkait (EMI) secara tradisional menjadi dua masalah besar bagi para insinyur, terutama dalam desain papan sirkuit saat ini dan paket komponen yang terus menyusut, OEM memerlukan sistem kecepatan lebih tinggi.Pada artikel kali ini saya akan membagikan cara menghindari masalah elektromagnetik pada desain PCB.
1. Crosstalk dan penyelarasan adalah fokusnya
Penyelarasan sangat penting untuk memastikan aliran arus yang tepat.Jika arus berasal dari osilator atau perangkat serupa lainnya, sangat penting untuk memisahkan arus dari lapisan tanah, atau menjaga agar arus tidak berjalan paralel dengan penyelarasan lainnya.Dua sinyal berkecepatan tinggi secara paralel dapat menghasilkan EMC dan EMI, terutama crosstalk.Penting untuk menjaga jalur resistor sependek mungkin dan jalur arus balik sesingkat mungkin.Panjang jalur kembali harus sama dengan panjang jalur transmisi.
Bagi EMI, satu jalur disebut “jalur pelanggaran” dan jalur lainnya disebut “jalur korban”.Kopling induktif dan kapasitif mempengaruhi jalur “korban” karena adanya medan elektromagnetik, sehingga menghasilkan arus maju dan mundur pada “jalur korban”.Dengan cara ini, riak dihasilkan dalam lingkungan yang stabil di mana panjang sinyal yang dikirim dan diterima hampir sama.
Dalam lingkungan yang seimbang dengan kesejajaran yang stabil, arus induksi harus menghilangkan satu sama lain, sehingga menghilangkan crosstalk.Namun, kita berada di dunia yang tidak sempurna dan hal seperti itu tidak terjadi.Oleh karena itu, tujuan kami adalah agar crosstalk harus diminimalkan untuk semua keberpihakan.Pengaruh crosstalk dapat diminimalkan jika lebar antar garis sejajar adalah dua kali lebar garis.Misalnya, jika lebar garis adalah 5 mil, jarak minimum antara dua garis sejajar harus 10 mil atau lebih.
Ketika material dan komponen baru terus bermunculan, perancang PCB juga harus terus menangani masalah EMC dan interferensi.
2. Decoupling kapasitor
Decoupling kapasitor mengurangi efek crosstalk yang tidak diinginkan.Mereka harus ditempatkan di antara pin daya dan ground perangkat, yang 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 terendah ditempatkan sedekat mungkin dengan perangkat untuk mengurangi efek induktif pada penyelarasan.Kapasitor khusus ini harus ditempatkan sedekat mungkin dengan pin catu daya perangkat atau jalur catu daya dan bantalan kapasitor harus dihubungkan langsung ke vias atau permukaan tanah.Jika penyelarasannya panjang, gunakan beberapa vias untuk meminimalkan impedansi ground.
3. Mengardekan PCB
Cara penting untuk mengurangi EMI adalah dengan mendesain lapisan grounding PCB.Langkah pertama adalah membuat area grounding seluas mungkin sesuai dengan total luas papan PCB sehingga emisi, crosstalk, dan kebisingan dapat dikurangi.Perhatian khusus harus diberikan saat menghubungkan setiap komponen ke titik arde atau lapisan arde, yang tanpanya efek penetralan dari lapisan arde yang andal tidak dapat dimanfaatkan sepenuhnya.
Desain PCB yang sangat kompleks memiliki beberapa voltase stabil.Idealnya, setiap tegangan referensi memiliki lapisan grounding yang sesuai.Namun, terlalu banyak lapisan grounding akan meningkatkan biaya produksi PCB dan membuatnya terlalu mahal.Komprominya adalah dengan menggunakan lapisan grounding di tiga hingga lima lokasi berbeda, yang masing-masing dapat berisi beberapa bagian grounding.Hal ini tidak hanya mengontrol biaya produksi papan, namun juga mengurangi EMI dan EMC.
Sistem grounding impedansi rendah penting jika EMC ingin diminimalkan.Dalam PCB multilapis, lebih baik memiliki lapisan pentanahan yang andal daripada blok penyeimbang tembaga (pencuri tembaga) atau lapisan pentanahan yang tersebar karena memiliki impedansi rendah, menyediakan jalur arus, dan merupakan sumber sinyal balik terbaik.
Lamanya waktu yang dibutuhkan sinyal untuk kembali ke bumi juga sangat penting.Waktu yang dibutuhkan sinyal untuk bergerak ke dan dari sumber harus sebanding, jika tidak maka akan terjadi fenomena seperti antena, sehingga energi yang terpancar menjadi bagian dari EMI.Demikian pula penyelarasan arus ke/dari sumber sinyal harus sesingkat mungkin, jika jalur sumber dan jalur balik tidak memiliki panjang yang sama, ground bouncing akan terjadi dan ini juga akan menghasilkan EMI.
4. Hindari sudut 90°
Untuk mengurangi EMI, sebaiknya dihindari penyelarasan, vias dan komponen lainnya yang membentuk sudut 90°, karena sudut yang tegak lurus akan menghasilkan radiasi.Untuk menghindari sudut 90°, penyelarasan harus berupa setidaknya dua kabel bersudut 45° ke sudut.
5. Penggunaan over-hole perlu hati-hati
Di hampir semua tata letak PCB, vias harus digunakan untuk menyediakan koneksi konduktif antara lapisan yang berbeda.Dalam beberapa kasus, mereka juga menghasilkan refleksi, karena impedansi karakteristik berubah ketika vias dibuat dalam penyelarasan.
Penting juga untuk diingat bahwa vias menambah panjang keselarasan dan harus disesuaikan.Dalam kasus alinyemen diferensial, vias harus dihindari sebisa mungkin.Jika hal ini tidak dapat dihindari, vias harus digunakan di kedua jalur untuk mengkompensasi penundaan sinyal dan jalur kembali.
6. Kabel dan pelindung fisik
Kabel yang membawa sirkuit digital dan arus analog dapat menghasilkan kapasitansi dan induktansi parasit, menyebabkan banyak masalah terkait EMC.Jika kabel twisted pair digunakan, tingkat kopling yang rendah dipertahankan dan medan magnet yang dihasilkan dihilangkan.Untuk sinyal frekuensi tinggi, kabel berpelindung harus digunakan, dengan bagian depan dan belakangnya diarde, untuk menghilangkan interferensi EMI.
Pelindung fisik adalah membungkus seluruh atau sebagian sistem dalam kemasan logam untuk mencegah EMI memasuki sirkuit PCB.Pelindung ini bertindak seperti kapasitor penghantar tanah yang tertutup, mengurangi ukuran loop antena dan menyerap EMI.
Waktu posting: 23 November 2022