Aturan Desain Partisi PCB untuk Peningkatan EMC
EMC, kependekan dari Electro-Magnetic Compatibility, mengacu pada keadaan koeksistensi di mana perangkat elektronik mampu menerapkan fungsinya sendiri dalam lingkungan elektromagnetik yang sama. Sederhananya, EMC memungkinkan perangkat elektronik untuk bekerja secara mandiri dan normal tanpa gangguan di antara mereka, yaitu perangkat elektronik tersebut dapat kompatibel satu sama lain di seluruh sistem. Karena EMC dicapai dengan mengendalikan EMI (Electro-Magnetic Interference), ia berkembang dengan serangkaian studi tentang EMI seperti pengenalan EMI, penelitian tentang EMI, solusi anti-EMI dan manajemen EMI.
Prinsip Dasar EMC
Untuk mengurangi interferensi antara sinyal digital dan sinyal analog, Anda perlu mengetahui dua prinsip dasar EMC terlebih dahulu.
Prinsip 1:Area loop sirkuit harus DIMINIMALKAN.
Prinsip 2:Hanya bidang referensi TUNGGAL yang dapat diterapkan dalam suatu sistem.
Setelah Prinsip 1 gagal diikuti dan sinyal harus melewati area loop yang besar, antena loop besar akan dihasilkan. Namun, begitu Prinsip 2 gagal diikuti dan dua bidang referensi tersedia, antena dipol akan dibuat. Tak satu pun dari hasil yang diharapkan.
Aturan dan Aplikasi Partisi PCB Sinyal Campuran
Disarankan bahwa arde digital dan arde analog pada papan sinyal campuran yang sama harus dipisahkan untuk mencapai isolasi di antara keduanya. Terlepas dari kelayakan solusi ini, banyak masalah laten akan terjadi, yang menonjol terutama dalam sistem skala besar. Masalah krusial terletak pada kenyataan bahwa tracing gagal diatur melintasi pemisahan antara ground digital dan ground analog. Dengan pengaturan tracing melintasi split, radiasi elektromagnetik dan crosstalk sinyal akan meningkat secara drastis. Masalah yang paling sering terlihat dalam desain PCB terletak pada terjadinya EMI karena jalur sinyal melintasi tanah atau daya yang terpisah.
Gambar 1 di bawah menggambarkan situasi yang diperkenalkan di atas.
Berdasarkan metode split ini, jalur sinyal harus melintasi pemisahan antara ground digital dan ground analog. Lalu, seperti apa jalur balik rangkaian sinyal? Misalkan dua ground split dihubungkan bersama pada satu titik dan dalam situasi ini, loop besar akan dihasilkan oleh sirkuit ground. Setelah itu, rangkaian frekuensi tinggi yang mengalir melintasi loop besar akan menyebabkan terjadinya loop besar dengan kapasitansi ground tinggi dan radiasi yang dihasilkan. Jika rangkaian analog level rendah mengalir melintasi loop besar, maka akan mudah terganggu oleh sinyal eksternal. Situasi terburuk akan terjadi ketika ground split terhubung dengan daya, loop sirkuit yang sangat besar akan terbentuk. Selanjutnya, antena dipol akan terbentuk ketika ground analog dan ground digital dihubungkan bersama melalui kabel yang panjang. Akibatnya, insinyur harus mengetahui jalur dan metode sirkuit balik dalam optimasi desain PCB sinyal campuran. Namun, banyak insinyur melihat jalur yang mengalir dari rangkaian sinyal tanpa memikirkan jalur spesifik rangkaian. Jika ground plane harus dibelah dan tracing harus diatur melintasi split, koneksi titik tunggal pertama dapat diimplementasikan antara dua ground split dengan jembatan yang dibentuk sehingga jalur arus searah akan disediakan di bawah setiap jalur sinyal dengan area loop kecil terbentuk, yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Penerapan perangkat isolasi optik atau transformator juga dapat menyebabkan sinyal melintasi perpecahan. Ketika datang ke perangkat isolasi optik, itu adalah sinyal optik yang membelah. Ketika datang ke transformer, itu adalah medan magnet yang melintasi split. Metode lain yang berlaku terletak pada penerapan sinyal diferensial. Sinyal mengalir ke suatu garis saat kembali dari garis sinyal lain. Dalam kondisi ini, tanah tidak diperlukan sebagai jalur kembali.
Partisi split dapat diterapkan dalam tiga keadaan berikut:
Keadaan 1:Beberapa peralatan medis memerlukan arus bocor yang rendah antara sirkuit yang terhubung dengan pasien dan sistem.
Keadaan 2:Input dari beberapa peralatan kontrol proses industri mungkin terhubung dengan perangkat elektromekanis dengan noise dan daya tinggi.
Situasi 3:Tata letak PCB memiliki batasan tertentu.
Kekuatan digital dan analog independen biasanya tersedia pada PCB sinyal campuran dan bidang daya split dapat dan harus bergantung. Namun, jalur sinyal yang berada di sekitar bidang daya gagal melintasi pemisahan antara daya dan semua jalur sinyal yang melintasi celah ini harus berada di sekitar bidang konduktor dengan area yang luas. Dalam beberapa situasi, masalah terpisah terkait bidang daya dapat dihindari dengan merancang daya analog menjadi kabel penghubung PCB, bukan sekadar bidang.
Metode Tata Letak Bidang Tanah dan Aplikasi PCB Sinyal Campuran
Untuk membahas interferensi yang ditinggalkan oleh sinyal digital pada sinyal analog, atribut arus frekuensi tinggi harus dipahami terlebih dahulu. Arus frekuensi tinggi selalu bergantung pada jalur dengan impedansi minimum (induktansi terendah) dan langsung berada di bawah sinyal. Akibatnya, jalur balik akan mengalir melintasi bidang sirkuit ambien tidak peduli bidang ini adalah bidang daya atau bidang tanah. Dalam operasi praktis, bidang tanah cenderung digunakan dengan papan sirkuit dipartisi menjadi bagian analog dan bagian digital. Sinyal analog diletakkan di dalam bagian analog dari semua bidang sementara sinyal digital berada di dalam area sirkuit digital. Dalam situasi ini, arus balik sinyal digital tidak akan mengalir ke ground sinyal analog. Selama tata letak sinyal digital dilakukan di atas bagian analog atau tata letak sinyal analog dilakukan di atas bagian digital di PCB, interferensi yang dihasilkan oleh sinyal digital pada sinyal analog akan dihasilkan.
Terjadinya masalah tersebut tidak berasal dari tidak adanya split ground tetapi tata letak sinyal digital yang tidak sesuai. Ketika datang ke desain PCB, aplikasi ground plane, partisi dengan sirkuit digital dan sirkuit analog dan tata letak sinyal yang wajar biasanya membantu memecahkan masalah sulit mengenai tata letak dan partisi. Selain itu, beberapa masalah potensial yang disebabkan oleh tanah terbelah dapat dihindari. Akibatnya, tata letak komponen dan partisi menjadi elemen kunci yang menentukan kualitas desain PCB. Jika tata letak dan partisi cukup sesuai, arus di tanah digital akan dibatasi di bagian digital di papan sirkuit dengan sinyal analog berhenti terganggu. Tata letak untuk situasi seperti itu harus diperiksa dan diperiksa dengan cermat untuk memastikan aturan tata letak harus benar-benar sesuai. Jika tidak, bahkan tata letak jalur sinyal yang tidak sesuai mungkin akan menyebabkan kerusakan seluruh papan sirkuit.
Ketika pin arde analog dan pin arde digital dari konverter A/D dihubungkan bersama, sebagian besar produsen konverter A/D akan menyarankan untuk menghubungkan pin ADND dan DGND dengan arde yang sama dengan impedansi rendah melalui sadapan minimum. Itu karena pin-pin tersebut tidak terhubung di sebagian besar IC konverter A/D dan impedansi eksternal apa pun yang terhubung dengan DGND akan menyebabkan lebih banyak noise digital digabungkan dengan rangkaian analog di dalam IC melalui kapasitansi parasit. Oleh karena itu, baik pin AGND dan DGND dari konverter A/D harus dihubungkan dengan ground analog. Namun demikian, ini akan menimbulkan masalah apakah ground analog atau ground digital harus dihubungkan dengan terminal grounding kapasitor decoupling sinyal digital.
Ketika datang ke sistem dengan konverter A/D tunggal, masalah yang diperkenalkan di atas dapat dengan mudah diselesaikan. Dengan ground terpisah, bagian ground analog dan bagian ground digital dihubungkan di bawah konverter A/D. Saat metode ini digunakan, jembatan antara dua arde harus selebar IC dan jalur sinyal apa pun tidak boleh terbelah.
Ketika datang ke sistem dengan beberapa konverter A/D, 10 misalnya, bagaimana kita harus terhubung? Jika kita mengikuti solusi yang sama seperti yang diperkenalkan di atas, yaitu untuk menghubungkan arde analog dan arde digital di bawah konverter A/D, koneksi beberapa titik akan terjadi sehingga isolasi antara arde analog dan arde digital menjadi tidak berarti. Jika koneksi tidak dilakukan seperti ini, persyaratan pabrikan tidak akan terpenuhi. Solusi optimal terletak pada penerapan seragam tanah yang dibagi menjadi bagian analog dan bagian digital. Jenis tata letak ini tidak hanya memenuhi persyaratan pada arde analog dan arde digital dari produsen IC yang menuntut impedansi rendah di antara keduanya, tetapi juga menghindari masalah terhadap EMC seperti antena loop atau antena dipol.
Jika para insinyur meragukan aplikasi ground yang seragam dalam desain PCB, tata letak dapat diimplementasikan berdasarkan metode ground plane split. Dalam proses desain, papan harus dapat diakses untuk melompati kawat dengan resistor kurang dari 0,5 inci atau 0ohm untuk menghubungkan ground split. Banyak perhatian harus diberikan pada partisi dan tata letak untuk memastikan tidak ada jalur sinyal digital yang ditempatkan di atas bagian analog dan sebaliknya. Selain itu, jalur sinyal apa pun tidak boleh melintasi ground split atau memisahkan kekuatan isolasi. Untuk menguji fungsi PCB dan EMC-nya, dua ground harus dihubungkan melalui resistor 0ohm atau kabel lompat dan kemudian menguji ulang fungsi papan dan EMC-nya. Perbandingan hasil menunjukkan bahwa dalam semua kasus, solusi ground seragam lebih baik daripada solusi ground split dalam hal fungsi dan EMC.
Desain PCB sinyal campuran adalah proses yang rumit. Sebuah PCB harus dipartisi menjadi bagian analog independen dan bagian digital dan konverter A/D harus ditempatkan di seluruh bagian. Untuk memisahkan daya analog dan digital, pemisahan antara bidang daya yang terisolasi tidak boleh dilintasi dan jalur sinyal yang harus dilintasi harus diatur pada lapisan sirkuit yang berada di sekitar area yang luas. Dimana arus jalur kembali mengalir dan bagaimana alirannya harus dianalisis sehingga tata letak komponen yang sesuai dan aturan tata letak yang benar harus dipatuhi. Di semua lapisan papan sirkuit, sinyal digital hanya dapat diletakkan di bagian digital sedangkan sinyal analog hanya dapat diletakkan di bagian analog.
Metode Tata Letak Bidang Tanah dan Aplikasi PCB Sinyal Campuran
Jika Anda pernah menyelesaikan desain PCB dan membutuhkan seseorang untuk membantu membawanya ke papan sirkuit nyata. Jangan ragu untuk menghubungi kami untuk solusi. Kami memiliki pengalaman lebih dari satu dekade dalam pembuatan PCB khusus. Kami memiliki semua yang diperlukan untuk membuat PCB Anda dengan semua fungsi yang Anda minta dengan cepat dan hemat biaya.
Sumber Daya Bermanfaat
• Pengenalan Alat Otomatis EMI dan EMC Paling Komprehensif
• Memastikan Keberhasilan Pertama Kali dalam Desain EMC PCB
• Tata Letak PCB Pengaruh Kinerja EMC Produk Elektronik
• Masalah Penerapan Teknologi EMC dalam Perancangan PCB Perangkat Elektronik dan Strateginya
