Menguasai Interferensi Elektromagnetik PCB: Strategi untuk Desain yang Terpercaya

Lompat Ke:
Mengapa Penting untuk Menghindari Interferensi Elektromagnetik | Prinsip Desain EMC untuk Mencegah dan Memperbaiki Masalah Elektromagnetik | 1. Ground Plane | 2. Trace Layout | 3. Component Arrangement | 4. EMI Shielding | EMC Design Dari Millennium Circuits Limited |

Masalah elektromagnetik konsisten mengganggu desainer PCB. Insinyur desain sistem harus selalu memantau kompatibilitas elektromagnetik dan interferensi. Sayangnya, bahkan masalah desain kecil dapat mengakibatkan kesulitan elektromagnetik. Masalah ini bahkan lebih umum dari sebelumnya, dengan desain papan yang semakin kecil dan pelanggan yang menuntut kecepatan lebih tinggi.

Dua masalah utama yang terlibat adalah kompatibilitas elektromagnetik dan interferensi elektromagnetik.

Kompatibilitas elektromagnetik, atau EMC, melibatkan generasi, propagasi, dan penerimaan energi elektromagnetik, umumnya melalui desain yang buruk. Interferensi elektromagnetik, atau EMI, merujuk pada efek yang tidak diinginkan dan merusak dari EMC, serta interferensi elektromagnetik dari sumber lingkungan. Terlalu banyak EMI dapat mengakibatkan produk yang cacat atau rusak. Setiap desainer PCB harus mengikuti aturan desain EMC untuk meminimalkan jumlah dan efek EMI.

Untungnya, desain EMC yang tepat dapat mengurangi EMI pada papan sirkuit.

Request a Free Quote

Mengapa Penting untuk Menghindari Interferensi Elektromagnetik

Sumber interferensi elektromagnetik ada di mana-mana, dan kita dapat mengkategorikannya dengan beberapa cara:

• Sumber: EMI yang dihasilkan manusia berasal dari sirkuit elektronik. Secara alami, EMI yang terjadi secara alami dapat timbul dari faktor lingkungan seperti noise kosmik dan petir.

• Durasi: Interferensi kontinu adalah sumber EMI yang mengeluarkan sinyal konstan, yang paling sering muncul sebagai noise latar belakang. Interferensi impuls adalah intermiten, biasanya disebabkan oleh sistem switching, petir, dan sumber non-konstan lainnya.

• Bandwidth: Sinyal narrowband seperti yang digunakan oleh radio dapat mengalami interferensi dari osilator dan transmiter, meskipun sumber ini hanya mempengaruhi sebagian dari spektrum secara intermiten. Interferensi broadband mempengaruhi sinyal data tinggi seperti TV dan dapat berasal dari banyak sumber, termasuk las listrik dan noise matahari.

Bahkan dihasilkan manusia atau lingkungan, EMI dapat sia mahal dan berbahaya. Ini dapat mengganggu saluran komunikasi dan perangkat sensitif. EMI adalah perhatian yang signifikan di bidang medis, di mana penggunaan perangkat nirkabel semakin meningkat. Sayangnya, EMI dapat mempengaruhi fungsionalitas peralatan medis seperti ventilator, monitor ECG, monitor jantung, dan defibrillator. Di industri lain, EMI dapat mengganggu sensor dan sistem navigasi. Hasilnya dalam semua kasus adalah gangguan peralatan yang mungkin bertanggung jawab atas kesehatan dan keamanan penggunanya.

Namun, sumber EMI yang paling umum dan paling menyulitkan bagi desainer adalah internal. Desain PCB yang buruk dapat mengakibatkan sinyal yang tidak kompatibel saling mengganggu satu sama lain pada papan. Interferensi ini pada akhirnya dapat menyebabkan papan gagal. Desainer harus memastikan bahwa interferensi dijaga minimum dan sinyal yang dikeluarkan kompatibel agar tidak mengakibatkan interferensi.

 

Prinsip Desain EMC untuk Mencegah dan Memperbaiki Masalah Elektromagnetik

Desainer papan sirkuit harus mengikuti prinsip desain kompatibilitas elektromagnetik untuk menjaga EMI minimum. Penyebab utama masalah EMC cukup umum dan sebagian besar berkaitan dengan kekurangan desain yang menyebabkan interferensi antara jejak, sirkuit, vias, koil PCB, dan elemen lainnya.

Prinsip desain penting ini dapat membantu mencegah dan memperbaiki masalah elektromagnetik ini dalam desain papan sirkuit cetak.

 

1. Ground Plane

Merancang ground plane PCB adalah langkah yang paling signifikan, dan sangat penting untuk mengurangi EMI. Ground plane adalah garis pertahanan pertama Anda terhadap EMI karena semua sirkuit membutuhkan ground untuk bekerja. Beberapa praktik terbaik umum untuk desain ground untuk mengurangi EMI meliputi:

• Maksimalkan area ground: Tingkatkan area ground sebanyak mungkin dalam PCB. Sinyal dapat menyebar lebih mudah dengan lebih banyak area, mengurangi emisi, crosstalk, dan noise. Jika ground plane terlalu kecil, Anda mungkin dapat menambahkan lapisan lain dan membuat PCB multi-lapisan. Solusi desain ini memberikan lebih banyak opsi untuk menangani jejak kecepatan tinggi.

• Gunakan bidang padat: Terutama dalam PCB multi-lapisan, bidang ground padat adalah opsi yang ideal. Bidang ground yang dicuri tembaga dan yang dihasir biasanya menghasilkan tingkat impedansi yang lebih tinggi. Bidang ground padat, di sisi lain, menyediakan tingkat yang lebih rendah.

• Hubungkan setiap komponen: Hubungkan setiap bagian ke bidang ground atau titik. Ground plane bertindak sebagai agen netral untuk desain papan, dan komponen yang melayang tidak sepenuhnya memanfaatkan hal ini.

• Hati-hati dengan bidang terpisah: Desain PCB yang sangat rumit seringkali mencakup banyak tegangan terregulasi, yang masing-masing harus memiliki bidang ground mereka sendiri. Terlalu banyak bidang ground, namun, meningkatkan biaya pembuatan. Masalah ini biasanya diatasi melalui penggunaan bidang terpisah, yang menciptakan beberapa bagian ground pada satu lapisan. Namun, desainer harus selalu menggunakan bidang terpisah dengan hati-hati. Pastikan Anda memiliki alasan yang baik untuk menggunakan bidang terpisah dan, jika menggunakan satu, pastikan mereka hanya terhubung pada satu titik. Beberapa koneksi ground dalam PCB ground terpisah dapat menciptakan loop, menghasilkan antena yang memancarkan EMI.

• Hubungkan kapasitor bypass atau decoupling: Jika desain menyertakan kapasitor bypass atau decoupling, hubungkan mereka ke ground plane. Tindakan ini membantu mengurangi arus kembali dengan mengurangi ukuran loop.

• Minimalkan panjang sinyal: Panjang jejak penting karena jumlah waktu yang dibutuhkan sinyal untuk menuju dan kembali dari sumber harus kompatibel. Jika tidak, itu dapat memancarkan EMI. Pertahankan panjang jejak sem pendek mungkin dan sekitar sama panjangnya.

 

2. Trace Layout

Jejak sangat penting untuk desain papan. Penggunaan jejak yang tepat memastikan arus yang ber propagasi dengan baik. Namun, banyak masalah dapat timbul jika jejak tidak diatur sesuai aturan desain EMC terbaik.

Jejak pada dasarnya adalah jalur konduktif yang mengandung elektron yang mengalir saat sirkuit aktif. Jadi, jejak ini hanya satu kesalahan jauh dari menciptakan antena yang memancarkan. Sederhana membengkok atau silang dapat menghasilkan interferensi elektromagnetik PCB.

Beberapa aturan terbaik untuk tata letak jejak dalam desain PCB meliputi:

• Hindari sudut siku: Hindari sudut 45 derajat hingga 90 derajat untuk vias, jejak, dan bagian lain. Kapasitansi meningkat saat jejak mencapai sudut di atas 45 derajat. Akibatnya, impedansi karakteristik berubah, mengakibatkan refleksi. Refleksi ini menghasilkan EMI. Anda dapat menghindari masalah ini dengan membulatkan jejak yang perlu memutar sudut atau merout mereka melalui dua atau lebih sudut 45 derajat atau kurang.

• Jaga sinyal terpisah: Pertahankan jejak kecepatan tinggi terpisah dari sinyal kecepatan rendah dan sinyal analog terpisah dari digital. Kedekatan dapat menghasilkan interferensi.

• Persingkat jalur kembali: Pertahankan jalur arus kembali sem pendek mungkin dan route mereka melalui jalur dengan resistensi terendah. Jalur kembali harus sekitar sama panjangnya dengan jejak transmit atau lebih pendek.

• Perhatikan spasi: Dua sinyal kecepatan tinggi yang berjalan paralel menciptakan EMI melalui crosstalk, di mana satu jejak adalah "agresor" dan yang lain adalah "korban." Agresor mempengaruhi jejak korban melalui kopling indiktif dan kapasitif, menciptakan arus maju dan mundur dalam jejak korban. Anda dapat meminimalkan crosstalk dengan menjaga spasi minimum antara jejak. Umumnya, pisahkan jejak dengan dua kali lebar jejak. Misalnya, jika jejak lebar lima ribuan inci, pertahankan jarak minimum sepuluh ribuan inci atau lebih antara dua jejak paralel.

• Gunakan vias dengan hati-hati: Vias diperlukan dalam desain PCB karena memungkinkan Anda untuk memanfaatkan banyak lapisan dalam papan Anda saat routing. Namun, desainer harus hati-hati saat menggunakannya. Vias menambahkan efek induktansi dan kapasitansi sendiri ke dalam campuran, yang berpotensi mengakibatkan refleksi karena perubahan impedansi karakteristik. Vias juga meningkatkan panjang jejak, yang perlu dicocokkan. Saat mungkin, hindari menggunakan vias untuk jejak diferensial. Jika ini tidak mungkin, gunakan mereka pada kedua jejak untuk mengkompensasi keterlambatan.

 

3. Component Arrangement

Komponen elektronik adalah blok pembangun sirkuit elektronik. Namun, mengatur mereka secara tidak tepat dapat menyebabkan beberapa masalah EMI. Saat merancang PCB, waspadai dampak EMI dari setiap bagian. Beberapa praktik terbaik untuk tata letak komponen dalam desain PCB meliputi hal-hal berikut:

• Pisahkan bagian analog dan digital: Sama seperti jejak, selalu pisahkan sirkuit dan komponen analog dan digital. Menempatkan sirkuit analog dan digital dalam kedekatan dapat menghasilkan crosstalk, di antaranya. Untuk menghindari ini, gunakan shielding, banyak lapisan, dan ground terpisah untuk menempatkan sinyal analog dan digital sejauh mungkin satu sama lain. Umumnya, paling baik untuk mempertahankan sinyal analog dan digital pada ground yang terpisah sepenuhnya.

• Pisahkan bagian analog dan kecepatan tinggi: Sirkuit analog membawa arus tinggi, yang dapat menyebabkan masalah untuk jejak kecepatan tinggi dan sinyal switching. Pertahankan ini jauh dari satu sama lain dan lindungi sirkuit analog dengan ground signal. Pada PCB multi-lapisan, route jejak analog sehingga terdapat ground plane antara sirkuit analog dan sinyal switching atau kecepatan tinggi.

• Hati-hati dengan komponen kecepatan tinggi: Semakin cepat dan kecil komponen, semakin besar jumlah EMI yang mungkin dihasilkannya. Anda dapat mengatasi EMI alami ini melalui shielding dan filtering, meskipun juga ide bagus untuk memisahkan komponen ini dari yang lain dalam desain papan. Langkah lain yang dapat diambil adalah menjaga sinyal dan jam kecepatan tinggi sem pendek mungkin dan berdekatan dengan ground plane. Langkah-langkah ini membantu menjaga tingkat crosstalk, noise, dan radiasi terkendali dan dalam batas limit yang dapat diterima.

 

4. EMI Shielding

Beberapa komponen akan menghasilkan EMI tanpa mengapa aturan desain apa pun yang Anda ikuti — terutama bagian kecil dan kecepatan tinggi. Untungnya, shielding dan filtering dapat menjaga efek EMI ini minimum. Beberapa opsi shielding dan filtering meliputi hal-hal berikut:

• Component and board shielding: Physical shields adalah paket logam yang melindungi semua atau sebagian dari papan. Tujuannya adalah untuk menjaga EMI dari masuk ke sirkuit papan, meskipun metode spesifik bervariasi berdasarkan sumber EMI. Untuk EMI yang datang dari dalam sistem, shield komponen dapat digunakan untuk melindungi komponen spesifik yang menghasilkan EMI — sehingga terhubung ke ground, mengurangi ukuran loop antena, dan menyerap EMI. Shield lain dapat melindungi seluruh papan untuk melindungi dari sumber eksternal. Sebuah Faraday Cage, misalnya, adalah pelindung tebal yang dirancang untuk memblokir gelombang RF. Perangkat ini biasanya terbuat dari logam atau foam konduktif.

• Low-pass filtering: Kadang-kadang, PCB dapat menyertakan low pass filters untuk menghilangkan noise frekuensi tinggi dari komponen. Filter ini menekan noise dari bagian ini, memungkinkan arus untuk melanjutkan jalur kembali tanpa interferensi.

• Cable shielding: Kabel yang membawa arus analog dan digital menciptakan jumlah masalah EMI yang terbesar. Mereka menghasilkan masalah ini dengan menghasilkan kapasitansi parasit dan induktansi — masalah khusus untuk sinyal frekuensi tinggi. Untungnya, shielding kabel ini dan menghubungkannya ke ground di depan dan belakang membantu membatalkan interferensi EMI.

 

EMC Design Dari Millennium Circuits Limited

Seiring kemajuan teknologi dan masalah interferensi elektromagnetik meningkat, perusahaan Anda perlu berinvestasi dalam sumber daya untuk mempersiapkan masa depan. Masalah elektromagnetik akan semakin canggih, dan tetap berada di atas praktik terbaik terbaru adalah cara terbaik untuk menghindari masalah ini dan menyiapkan perusahaan Anda untuk keberhasilan di masa depan. Sebagian dari ini harus melibatkan mitra dengan pemasok papan sirkuit cetak berkualitas. Pemasok Anda akan menyiapkan perusahaan Anda untuk menangani proyek PCB apa pun yang datang ke Anda. Millennium Circuits Limited dapat membantu Anda sampai di sana.

Millennium Circuits Limited, juga dikenal sebagai MCL, adalah pemasok papan sirkuit cetak terkemuka di industri yang dapat membuat PCB Anda di sini di Amerika Serikat. Tujuan kami adalah untuk memberi Anda PCB terbaik yang dirancang secara ahli dan dengan harga kompetitif.

Kami dapat memberikan manufaktur offshore untuk membantu Anda meningkatkan biaya dan mempertahankan anggaran Anda. Jika Anda membutuhkan jenis papan unik, profesional yang berpengetahuan kami dapat mencapai hampir semua jenis papan sirkuit cetak yang Anda pikirkan, dari papan fleksibel dan keramik hingga papan digital kecepatan tinggi dan lainnya. Kami dapat membantu Anda menemukan finishing permukaan, vias, dan fitur yang tepat untuk mencapai papan yang Anda inginkan dengan kualitas yang Anda layak terima.

Biarkan kami membantu Anda mewujudkan mimpi proyek Anda. Hubungi kami hari ini untuk penawaran gratis.

Request a Free Quote

a