Anti-interferensi merupakan mata rantai yang sangat penting dalam desain sirkuit modern, yang secara langsung mencerminkan kinerja dan keandalan keseluruhan sistem. Bagi para insinyur PCB, desain anti-interferensi merupakan poin kunci sekaligus tersulit yang harus dikuasai setiap orang.
Adanya interferensi pada papan PCB
Dalam penelitian sebenarnya, ditemukan bahwa ada empat gangguan utama dalam desain PCB: gangguan catu daya, gangguan saluran transmisi, kopling, dan gangguan elektromagnetik (EMI).
1. Kebisingan catu daya
Dalam rangkaian frekuensi tinggi, derau catu daya memiliki pengaruh yang sangat nyata terhadap sinyal frekuensi tinggi. Oleh karena itu, persyaratan pertama untuk catu daya adalah derau yang rendah. Dalam hal ini, ground yang bersih sama pentingnya dengan sumber daya yang bersih.
2. Saluran transmisi
Hanya ada dua jenis saluran transmisi yang mungkin pada PCB: saluran strip dan saluran gelombang mikro. Masalah terbesar dengan saluran transmisi adalah pantulan. Pantulan akan menyebabkan banyak masalah. Misalnya, sinyal beban akan menjadi superposisi dari sinyal asli dan sinyal gema, yang akan meningkatkan kesulitan analisis sinyal; pantulan akan menyebabkan rugi-rugi balik (return loss), yang akan memengaruhi sinyal. Dampaknya sama seriusnya dengan yang disebabkan oleh gangguan derau aditif.
3. Kopling
Sinyal interferensi yang dihasilkan oleh sumber interferensi menyebabkan interferensi elektromagnetik pada sistem kontrol elektronik melalui kanal kopling tertentu. Metode kopling interferensi tidak lain adalah bekerja pada sistem kontrol elektronik melalui kabel, ruang, saluran umum, dll. Analisis ini terutama mencakup jenis-jenis berikut: kopling langsung, kopling impedansi umum, kopling kapasitif, kopling induksi elektromagnetik, kopling radiasi, dll.
4. Gangguan elektromagnetik (EMI)
Interferensi elektromagnetik (EMI) memiliki dua jenis: interferensi konduksi dan interferensi radiasi. Interferensi konduksi mengacu pada penggandengan (interferensi) sinyal dari satu jaringan listrik ke jaringan listrik lainnya melalui media konduktif. Interferensi radiasi mengacu pada sumber interferensi yang menggandeng (interferensi) sinyalnya ke jaringan listrik lainnya melalui ruang. Dalam desain PCB dan sistem berkecepatan tinggi, jalur sinyal frekuensi tinggi, pin sirkuit terpadu, berbagai konektor, dll. dapat menjadi sumber interferensi radiasi dengan karakteristik antena, yang dapat memancarkan gelombang elektromagnetik dan memengaruhi sistem atau subsistem lain dalam sistem. Hal ini dapat mengganggu kinerja normal sistem.
Tindakan anti-interferensi PCB dan sirkuit
Desain anti-jamming pada papan sirkuit cetak berkaitan erat dengan sirkuit spesifiknya. Selanjutnya, kami hanya akan menjelaskan beberapa langkah umum dalam desain anti-jamming PCB.
1. Desain kabel daya
Berdasarkan besarnya arus papan sirkuit tercetak, cobalah untuk menambah lebar saluran listrik untuk mengurangi resistansi loop. Pada saat yang sama, pastikan arah saluran listrik dan saluran ground konsisten dengan arah transmisi data, yang membantu meningkatkan kemampuan anti-noise.
2. Desain kabel ground
Pisahkan ground digital dari ground analog. Jika terdapat rangkaian logika dan rangkaian linear pada papan sirkuit, keduanya harus dipisahkan sebisa mungkin. Ground rangkaian frekuensi rendah harus di-ground secara paralel pada satu titik sebisa mungkin. Jika pengkabelan sebenarnya sulit, dapat dihubungkan sebagian secara seri dan kemudian di-ground secara paralel. Rangkaian frekuensi tinggi harus di-ground pada beberapa titik secara seri, kabel ground harus pendek dan tebal, dan foil ground area luas seperti kisi-kisi harus digunakan di sekitar komponen frekuensi tinggi.
Kabel ground harus setebal mungkin. Jika kabel ground yang digunakan sangat tipis, potensial ground akan berubah seiring dengan arus, yang akan mengurangi resistansi terhadap noise. Oleh karena itu, kabel ground harus ditebalkan agar dapat melewati tiga kali arus yang diizinkan pada papan cetak. Jika memungkinkan, kabel ground harus lebih tebal dari 2-3 mm.
Kabel ground membentuk loop tertutup. Untuk papan cetak yang hanya terdiri dari sirkuit digital, sebagian besar sirkuit grounding-nya disusun dalam loop untuk meningkatkan ketahanan terhadap gangguan.
3. Konfigurasi kapasitor decoupling
Salah satu metode konvensional desain PCB adalah mengonfigurasi kapasitor decoupling yang tepat pada setiap bagian utama papan cetak.
Prinsip konfigurasi umum kapasitor decoupling adalah:
① Hubungkan kapasitor elektrolit 10~100uF ke input daya. Jika memungkinkan, sebaiknya hubungkan ke 100uF atau lebih.
2. Pada prinsipnya, setiap chip sirkuit terpadu harus dilengkapi dengan kapasitor keramik 0,01pF. Jika celah pada papan sirkuit cetak tidak mencukupi, kapasitor 1-10pF dapat dipasang untuk setiap 4-8 chip.
③Untuk perangkat dengan kemampuan anti-noise yang lemah dan perubahan daya yang besar saat dimatikan, seperti perangkat penyimpanan RAM dan ROM, kapasitor decoupling harus dihubungkan langsung antara saluran listrik dan saluran ground chip.
④Kabel kapasitor tidak boleh terlalu panjang, terutama kapasitor bypass frekuensi tinggi tidak boleh memiliki kabel.
4. Metode untuk menghilangkan interferensi elektromagnetik dalam desain PCB
①Kurangi loop: Setiap loop setara dengan antena, jadi kita perlu meminimalkan jumlah loop, luas loop, dan efek antena loop. Pastikan sinyal hanya memiliki satu jalur loop di dua titik, hindari loop buatan, dan cobalah menggunakan lapisan daya.
2. Penyaringan: Penyaringan dapat digunakan untuk mengurangi EMI baik pada saluran listrik maupun saluran sinyal. Terdapat tiga metode: kapasitor decoupling, filter EMI, dan komponen magnetik.
③Perisai.
④ Cobalah untuk mengurangi kecepatan perangkat frekuensi tinggi.
⑤ Meningkatkan konstanta dielektrik papan PCB dapat mencegah bagian frekuensi tinggi seperti saluran transmisi yang dekat dengan papan agar tidak memancar keluar; meningkatkan ketebalan papan PCB dan meminimalkan ketebalan saluran mikrostrip dapat mencegah kabel elektromagnetik meluap dan juga mencegah radiasi.