Chống nhiễu là một mắt xích rất quan trọng trong thiết kế mạch hiện đại, 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 mọi người đều phải nắm vững.

Sự hiện diện của nhiễu trong bảng PCB
Trong nghiên cứu thực tế, người ta thấy có bốn yếu tố gây nhiễu chính trong thiết kế PCB: nhiễu nguồn điện, nhiễu đường truyền, ghép 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. Do đó, yêu cầu đầu tiên đối với nguồn điện là nhiễu thấp. Ở đây, tiếp địa sạch cũng quan trọng như nguồn điện sạch.

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

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 nối nhất định. Phương pháp ghép nối nhiễu chỉ đơn giản là tác động lên hệ thống điều khiển điện tử thông qua dây dẫn, khoảng cách, đường dây chung, v.v. Phân tích chủ yếu bao gồm các loại sau: ghép nối trực tiếp, ghép nối trở kháng chung, ghép nối điện dung, ghép nối cảm ứng điện từ, ghép nối bức xạ, v.v.

4. Nhiễu điện từ (EMI)
Nhiễu điện từ (EMI) có hai loại: nhiễu dẫn và nhiễu bức xạ. Nhiễu dẫn là sự ghép nối (nhiễu) tín hiệu từ một mạng lưới điện này sang một mạng lưới điện khác thông qua môi trường dẫn điện. Nhiễu bức xạ là sự ghép nối (nhiễu) tín hiệu của nó với một mạng lưới điện khác thông qua 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 với 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.

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

1. Thiết kế dây nguồn
Tùy theo kích thước dòng điện trên bảng mạch in, hãy cố gắng tăng chiều rộng của đường dây điện để giảm điện trở vòng lặp. Đồng thời, hướng của đường dây điện và đường dây tiếp địa phải phù hợp với hướng truyền dữ liệu, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu.

2. Thiết kế dây nối đất
Tách biệt đất kỹ thuật số với đất tương tự. Nếu có cả mạch logic và mạch tuyến tính trên bo mạch, chúng nên được tách biệt càng nhiều càng tốt. Đất của mạch tần số thấp nên được nối đất song song tại một điểm càng nhiều càng tốt. Khi việc đấu dây thực tế khó khăn, có thể đấu nối tiếp một phần rồi nối đất song song. Mạch tần số cao nên được nối đất tại nhiều điểm nối tiếp, dây nối đất nên ngắn và dày, và nên sử dụng lá tiếp địa diện tích lớn dạng lưới xung quanh thành phần tần số cao.

Dây tiếp địa phải càng dày càng tốt. Nếu dùng dây rất mỏng làm dây tiếp địa, điện thế tiếp địa sẽ thay đổi theo dòng điện, làm giảm điện trở nhiễu. Do đó, dây tiếp địa phải dày hơn để có thể truyền dòng điện gấp ba lần dòng điện cho phép qua bo mạch in. Nếu có thể, dây tiếp địa nên dày hơn 2-3mm.

Dây tiếp địa tạo thành một vòng kín. Đối với bo mạch in chỉ chứa mạch kỹ thuật số, hầu hết các mạch tiếp địa được bố trí thành vòng để cải thiện khả năng chống nhiễu.

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

Nguyên tắc cấu hình chung của tụ tách rời là:

① Kết nối tụ điện phân 10 ~ 100uF vào đầu vào nguồn. Nếu có thể, tốt nhất nên kết nối tụ điện phân 100uF trở lên.

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

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

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

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

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

②Lọc: Lọc có thể được sử dụng để giảm nhiễu điện từ (EMI) trên cả đường dây điện và đường dây tín hiệu. Có ba phương pháp: tụ tách rời, bộ lọc EMI và linh kiện từ tính.

③Lá chắn.

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

⑤ Tăng hằng số điện môi của bảng mạch PCB có thể ngăn chặn các bộ phận tần số cao như đường truyền gần bảng mạch phát ra ngoài; tăng độ dày của bảng mạch PCB và giảm thiểu độ dày của đường vi mạch có thể ngăn chặn dây điện từ tràn ra ngoài và cũng ngăn chặn bức xạ.