يُعدّ تصميم مقاومة التداخل حلقةً بالغة الأهمية في تصميم الدوائر الحديثة، إذ يعكس مباشرةً أداء النظام بأكمله وموثوقيته. بالنسبة لمهندسي لوحات الدوائر المطبوعة، يُعدّ تصميم مقاومة التداخل نقطةً أساسيةً وصعبةً يجب على الجميع إتقانها.

وجود تداخل في لوحة PCB
في البحث الفعلي، وجد أن هناك أربعة تداخلات رئيسية في تصميم PCB: ضوضاء مصدر الطاقة، وتداخل خطوط النقل، والاقتران، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

1. ضوضاء مصدر الطاقة
في الدوائر عالية التردد، يؤثر ضوضاء مصدر الطاقة بشكل واضح على الإشارة عالية التردد. لذلك، فإن أول متطلبات مصدر الطاقة هو انخفاض مستوى الضوضاء. هنا، لا تقل أهمية نظافة الأرضية عن نظافة مصدر الطاقة.

2. خط النقل
هناك نوعان فقط من خطوط النقل في لوحة الدوائر المطبوعة: خط الشريط وخط الموجات الدقيقة. أكبر مشكلة في خطوط النقل هي الانعكاس، إذ يُسبب العديد من المشاكل. على سبيل المثال، تُمثل إشارة الحمل تراكبًا للإشارة الأصلية وإشارة الصدى، مما يزيد من صعوبة تحليل الإشارة؛ كما يُسبب الانعكاس فقدانًا في الإشارة المرتدة، مما يؤثر على الإشارة. ولا يقل تأثيره خطورةً عن تأثير تداخل الضوضاء المضافة.

3. الاقتران
تُسبب إشارة التداخل المُولّدة من مصدر التداخل تداخلاً كهرومغناطيسياً في نظام التحكم الإلكتروني عبر قناة اقتران مُحددة. وتتمثل طريقة اقتران التداخل في التأثير على نظام التحكم الإلكتروني من خلال الأسلاك، والفراغات، والخطوط المشتركة، وغيرها. ويشمل التحليل بشكل رئيسي الأنواع التالية: الاقتران المباشر، والاقتران بالممانعة المشتركة، والاقتران السعوي، والاقتران الحثي الكهرومغناطيسي، والاقتران الإشعاعي، وغيرها.

4. التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)
للتداخل الكهرومغناطيسي نوعان: تداخل موصل وتداخل إشعاعي. يشير التداخل الموصل إلى اقتران (تداخل) إشارات شبكة كهربائية بشبكة أخرى عبر وسط موصل. أما التداخل الإشعاعي، فيشير إلى اقتران (تداخل) مصدر التداخل لإشارته بشبكة كهربائية أخرى عبر الفراغ. في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة والأنظمة عالية السرعة، قد تصبح خطوط الإشارة عالية التردد، ودبابيس الدوائر المتكاملة، والموصلات المختلفة، وغيرها، مصادر تداخل إشعاعي ذات خصائص هوائي، مما قد يُصدر موجات كهرومغناطيسية ويؤثر على أنظمة أخرى أو أنظمة فرعية أخرى في النظام.

تدابير مكافحة التداخل في لوحات الدوائر المطبوعة والدوائر الإلكترونية
يرتبط تصميم لوحة الدوائر المطبوعة المقاوم للتشويش ارتباطًا وثيقًا بالدائرة الخاصة بها. سنقدم فيما يلي بعض الشروحات لبعض التدابير الشائعة لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة المقاوم للتشويش.

1. تصميم سلك الطاقة
وفقًا لحجم تيار لوحة الدائرة المطبوعة، يُنصح بزيادة عرض سلك الطاقة لتقليل مقاومة الحلقة. في الوقت نفسه، يجب أن يتوافق اتجاه سلك الطاقة والأرضي مع اتجاه نقل البيانات، مما يُعزز قدرة مقاومة الضوضاء.

2. تصميم السلك الأرضي
افصل التأريض الرقمي عن التأريض التناظري. في حال وجود دوائر منطقية ودوائر خطية على لوحة الدائرة، يجب فصلها قدر الإمكان. يجب تأريض دائرة التردد المنخفض بالتوازي عند نقطة واحدة قدر الإمكان. عند صعوبة التوصيل الفعلي، يمكن توصيلها جزئيًا على التوالي ثم تأريضها بالتوازي. أما دائرة التردد العالي، فيجب تأريضها عند نقاط متعددة على التوالي، ويجب أن يكون سلك التأريض قصيرًا وسميكًا، ويجب استخدام رقاقة تأريض واسعة النطاق تشبه الشبكة حول مكون التردد العالي.

يجب أن يكون سلك التأريض سميكًا قدر الإمكان. في حال استخدام سلك تأريض رفيع جدًا، يتغير جهد التأريض مع التيار، مما يقلل من مقاومة الضوضاء. لذلك، يجب زيادة سُمك سلك التأريض ليسمح بمرور ثلاثة أضعاف التيار المسموح به على اللوحة المطبوعة. إن أمكن، يجب أن يكون سُمك سلك التأريض أعلى من ٢ إلى ٣ مم.

يُشكّل سلك التأريض حلقةً مغلقة. في اللوحات المطبوعة المُكوّنة من دوائر رقمية فقط، تُرتّب معظم دوائر التأريض في حلقات لتحسين مقاومة الضوضاء.

3. تكوين مكثف الفصل
إحدى الطرق التقليدية لتصميم PCB هي تكوين مكثفات فصل مناسبة على كل جزء رئيسي من اللوحة المطبوعة.

المبادئ العامة لتكوين مكثفات الفصل هي:

① وصِّل مكثفًا إلكتروليتيًا بسعة ١٠ إلى ١٠٠ ميكروفاراد عبر مدخل الطاقة. إن أمكن، يُفضَّل توصيله بسعة ١٠٠ ميكروفاراد أو أكثر.

②من حيث المبدأ، يجب تجهيز كل شريحة دائرة متكاملة بمكثف سيراميكي بسعة 0.01 بيكو فاراد. إذا لم تكن الفجوة بين الرقاقة المطبوعة كافية، فيمكن تركيب مكثف بسعة 1-10 بيكو فاراد لكل 4 إلى 8 شرائح.

③بالنسبة للأجهزة ذات قدرة ضعيفة على مقاومة الضوضاء وتغييرات كبيرة في الطاقة عند إيقاف تشغيلها، مثل أجهزة تخزين RAM وROM، يجب توصيل مكثف فصل مباشرة بين خط الطاقة وخط الأرض للشريحة.

④يجب ألا يكون سلك المكثف طويلاً للغاية، وخاصةً أن مكثف التجاوز عالي التردد لا ينبغي أن يحتوي على سلك.

4. طرق التخلص من التداخل الكهرومغناطيسي في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة

①تقليل الحلقات: كل حلقة تُعادل هوائيًا، لذا يجب تقليل عدد الحلقات ومساحة الحلقة وتأثير الهوائي. تأكد من أن الإشارة لها مسار حلقة واحد فقط في أي نقطتين، وتجنب الحلقات الاصطناعية، وحاول استخدام طبقة الطاقة.

②الترشيح: يُستخدم الترشيح لتقليل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) على كلٍّ من خط الطاقة وخط الإشارة. هناك ثلاث طرق: فصل المكثفات، ومرشحات التداخل الكهرومغناطيسي، والمكونات المغناطيسية.

③الدرع.

④ حاول تقليل سرعة الأجهزة ذات التردد العالي.

⑤ زيادة الثابت العازل للوحة PCB يمكن أن يمنع الأجزاء ذات التردد العالي مثل خط النقل القريب من اللوحة من الإشعاع للخارج؛ زيادة سمك لوحة PCB وتقليل سمك خط الشريط الدقيق يمكن أن يمنع السلك الكهرومغناطيسي من الفيضان ويمنع الإشعاع أيضًا.