Mengatasi Masalah Elektromagnetik PCB

Langsung Ke:
Mengapa Penting untuk Menghindari Interferensi Elektromagnetik | Prinsip Desain EMC untuk Mencegah dan Memperbaiki Masalah Elektromagnetik | 1. Pesawat Darat | 2. Tata Letak Jejak | 3. Susunan Komponen | 4. Perisai EMI | Desain EMC Dari Millennium Circuits Limited |

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

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

Kompatibilitas elektromagnetik, atau EMC, melibatkan pembangkitan, propagasi dan penerimaan energi elektromagnetik, umumnya melalui desain yang buruk. Interferensi elektromagnetik, atau EMI, mengacu pada efek EMC yang tidak diinginkan dan merusak, serta interferensi elektromagnetik dari sumber lingkungan. Terlalu banyak EMI dapat menghasilkan 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 di papan sirkuit.

Minta Penawaran Gratis

Mengapa Penting untuk Menghindari Interferensi Elektromagnetik

Sumber interferensi elektromagnetik ada di sekitar kita, dan kita dapat mengkategorikannya dalam beberapa cara:

• Sumber: EMI buatan manusia muncul dari sirkuit elektronik. EMI yang terjadi secara alami, di sisi lain, dapat muncul dari faktor lingkungan seperti kebisingan kosmik dan kilat.

• Durasi: Interferensi berkelanjutan adalah sumber EMI yang memancarkan sinyal konstan, yang paling sering muncul sebagai kebisingan latar belakang. Interferensi impuls bersifat intermiten, biasanya disebabkan oleh sistem switching, petir, dan sumber tidak konstan lainnya.

• Bandwidth: Sinyal pita sempit seperti yang digunakan oleh radio dapat mengalami gangguan dari osilator dan pemancar, meskipun sumber ini hanya mempengaruhi bagian tertentu dari spektrum secara intermiten. Interferensi pita lebar memengaruhi sinyal data tinggi seperti TV dan dapat berasal dari berbagai sumber, termasuk tukang las busur dan kebisingan matahari.

Apakah buatan manusia atau lingkungan, EMI bisa mahal dan berbahaya. Ini dapat mengganggu saluran komunikasi dan perangkat sensitif. EMI adalah perhatian penting di bidang medis, di mana penggunaan perangkat nirkabel sedang meningkat. Sayangnya, EMI dapat memengaruhi fungsi peralatan medis seperti ventilator, monitor EKG, 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 keselamatan penggunanya.

Namun, sumber EMI yang paling umum — dan sumber paling bermasalah bagi desainer — adalah internal. Desain PCB yang buruk dapat mengakibatkan sinyal yang tidak kompatibel mengganggu satu sama lain di papan. Gangguan ini pada akhirnya dapat menyebabkan papan gagal. Desainer harus memastikan bahwa interferensi dijaga agar tetap minimum dan sinyal apa pun yang dilepaskan kompatibel agar tidak mengakibatkan interferensi.

Prinsip Desain EMC untuk Mencegah dan Memperbaiki Masalah Elektromagnetik

Perancang papan sirkuit harus mengikuti prinsip desain kompatibilitas elektromagnetik untuk menjaga EMI seminimal mungkin. Penyebab dasar masalah EMC cukup umum dan sebagian besar berkaitan dengan cacat desain yang menyebabkan gangguan di antara jejak, sirkuit, vias, kumparan PCB, dan elemen lainnya.

Prinsip-prinsip desain penting ini dapat membantu mencegah dan memperbaiki masalah elektromagnetik ini dalam desain papan sirkuit tercetak.

1. Pesawat Darat

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

• Memaksimalkan luas tanah: Tingkatkan area tanah sebanyak mungkin di dalam PCB. Sinyal dapat menyebar lebih mudah dengan lebih banyak area, mengurangi emisi, cross-talk dan kebisingan. Jika bidang tanah terlalu kecil, Anda mungkin dapat menambahkan lapisan lain dan membuat PCB multi-lapisan. Solusi desain ini memberikan lebih banyak opsi untuk menangani pelacakan berkecepatan tinggi.

• Gunakan bidang padat: Khususnya pada PCB multi-lapisan, bidang tanah yang kokoh adalah pilihan yang ideal. Pencuri tembaga dan bidang tanah hash biasanya menghasilkan tingkat impedansi yang lebih tinggi. Sebaliknya, bidang tanah yang kokoh memberikan tingkat yang lebih rendah.

• Hubungkan setiap komponen: Hubungkan setiap bagian ke bidang tanah atau titik. Bidang tanah bertindak sebagai agen penetral untuk desain papan, dan komponen mengambang tidak sepenuhnya memanfaatkan ini.

• Hati-hati dengan bidang terbelah: Desain PCB yang sangat rumit sering kali menyertakan banyak voltase yang diatur, yang masing-masing harus memiliki ground plane sendiri. Terlalu banyak pesawat darat, bagaimanapun, meningkatkan biaya fabrikasi. Masalah ini biasanya dielakkan melalui penggunaan bidang terbelah, yang membuat beberapa bagian tanah pada satu lapisan. Namun, desainer harus selalu menggunakan bidang split dengan hati-hati. Pastikan Anda memiliki alasan yang baik untuk menggunakan bidang terpisah dan, jika menggunakannya, pastikan keduanya hanya terhubung pada satu titik. Beberapa koneksi ground dalam PCB split-ground dapat membuat loop, menghasilkan antena yang memancarkan EMI.

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

• Minimalkan panjang sinyal: Panjang jejak penting karena jumlah waktu yang dibutuhkan sinyal untuk sampai ke dan dari sumber harus kompatibel. Jika tidak, ia dapat memancarkan EMI. Jaga agar panjang jejak sesingkat mungkin dan panjangnya hampir sama.

2. Tata Letak Jejak

Jejak sangat penting untuk desain papan. Penggunaan jejak yang tepat memastikan arus yang disebarkan dengan benar. Namun, banyak masalah dapat muncul jika jejak tidak diatur menurut aturan desain EMC teratas.

Jejak pada dasarnya adalah jalur konduktif yang mengandung elektron yang mengalir saat sirkuit aktif. Jadi, jejak-jejak ini adalah satu kesalahan lagi dari membuat antena yang memancar. Tekukan atau silang sederhana dapat menyebabkan interferensi elektromagnetik PCB.

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

• Hindari sudut siku-siku: Hindari sudut 45 derajat hingga 90 derajat untuk vias, jejak, dan bagian lainnya. Kapasitansi meningkat saat jejak mencapai sudut lebih dari 45 derajat. Akibatnya, impedansi karakteristik berubah, mengarah ke refleksi. Refleksi ini menghasilkan EMI. Anda dapat menghindari masalah ini dengan membulatkan jejak yang perlu berbelok atau merutekannya melalui dua atau lebih sudut 45 derajat atau kurang.

• Pisahkan sinyal: Pisahkan jejak kecepatan tinggi dari sinyal kecepatan rendah dan pisahkan sinyal analog dari sinyal digital. Jarak yang dekat dapat menyebabkan gangguan.

• Persingkat jalur kembali: Pertahankan jalur arus balik sesingkat mungkin, dan arahkan mereka di sepanjang jalur dengan hambatan paling kecil. Jalur kembali harus memiliki panjang yang sama dengan jejak transmisi atau lebih pendek.

• Jarak pikiran: Dua sinyal berkecepatan tinggi yang berjalan secara paralel menciptakan EMI melalui cross-talk, di mana satu jejak adalah "agresor" dan yang lainnya adalah "korban". Agresor mempengaruhi jejak korban melalui kopling induktif dan kapasitif, menciptakan arus maju dan mundur dalam jejak korban. Anda dapat meminimalkan cross-talk dengan menjaga jarak minimum antara jejak. Umumnya, pisahkan jejak dengan dua kali lebar jejak. Misalnya, jika jejak lebarnya lima ribu inci, jaga jarak minimum sepuluh ribu inci atau lebih di antara dua jejak paralel.

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

3. Pengaturan Komponen

Komponen elektronik adalah blok bangunan dari sirkuit elektronik. Namun, mengaturnya dengan tidak benar dapat menyebabkan beberapa masalah EMI. Saat mendesain PCB, perhatikan dampak EMI masing-masing bagian. Beberapa praktik terbaik untuk tata letak komponen dalam desain PCB adalah sebagai berikut:

• Pisahkan bagian analog dan digital: Seperti halnya jejak, selalu pisahkan sirkuit dan komponen analog dan digital. Menempatkan sirkuit analog dan digital dalam jarak yang dekat dapat mengakibatkan cross-talk, di antara masalah lainnya. Untuk menghindari hal ini, gunakan pelindung, lapisan ganda, dan ground terpisah untuk menempatkan sinyal analog dan digital sejauh mungkin satu sama lain. Umumnya, yang terbaik adalah menyimpan sinyal analog dan digital secara terpisah.

• Potongan analog dan kecepatan tinggi yang terpisah: Sirkuit analog membawa arus tinggi, yang dapat menyebabkan masalah untuk jejak kecepatan tinggi dan sinyal switching. Jauhkan ini dari satu sama lain dan jaga sirkuit analog dengan sinyal ground. Pada PCB multi-lapisan, rutekan jejak analog sehingga ada bidang dasar antara sirkuit analog dan sinyal switching atau sinyal berkecepatan tinggi.

• Hati-hati dengan komponen berkecepatan tinggi: Semakin cepat dan kecil komponennya, semakin besar kemungkinan EMI yang dihasilkannya. Anda dapat melawan EMI alami ini melalui pelindung dan penyaringan, meskipun ada baiknya juga untuk memisahkan komponen ini dari komponen lain dalam desain papan. Langkah lain yang harus diambil adalah menjaga sinyal dan jam berkecepatan tinggi sesingkat mungkin dan berdekatan dengan bidang tanah. Langkah-langkah ini membantu menjaga tingkat pembicaraan, kebisingan, dan radiasi tetap terkendali dan dalam batas tingkat yang dapat diterima.

4. Perisai EMI

Beberapa komponen akan menghasilkan EMI apa pun aturan desain yang Anda ikuti — terutama suku cadang kecil berkecepatan tinggi. Untungnya, shielding dan filtering dapat meminimalkan efek EMI ini. Beberapa opsi pelindung dan pemfilteran meliputi:

• Komponen dan pelindung papan: Perisai fisik adalah paket logam yang merangkum semua atau sebagian papan. Tujuan mereka adalah untuk menjaga agar EMI tidak memasuki sirkuit papan, meskipun metode spesifiknya bervariasi berdasarkan sumber EMI. Untuk EMI yang berasal dari dalam sistem, pelindung komponen dapat digunakan untuk membungkus komponen tertentu yang menghasilkan EMI — sehingga terhubung ke ground, mengurangi ukuran loop antena dan menyerap EMI. Perisai lain mungkin membungkus seluruh papan untuk melindungi terhadap EMI dari sumber luar. Kandang Faraday, misalnya, adalah selungkup pelindung tebal yang dirancang untuk memblokir gelombang RF. Perangkat ini biasanya terbuat dari logam atau busa konduktif.

• Pemfilteran tingkat rendah: Terkadang, PCB dapat menyertakan filter lolos rendah untuk menghilangkan noise frekuensi tinggi dari komponen. Filter ini menekan kebisingan dari bagian ini, memungkinkan arus untuk melanjutkan jalur kembali tanpa gangguan.

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

Desain EMC Dari Millennium Circuits Limited

Seiring kemajuan teknologi dan meningkatnya masalah interferensi elektromagnetik, perusahaan Anda perlu berinvestasi dalam sumber daya untuk mempersiapkan masa depan. Masalah elektromagnetik akan menjadi lebih maju, dan tetap mengikuti praktik terbaik terbaru adalah cara terbaik untuk menghindari masalah ini dan menyiapkan perusahaan Anda untuk kesuksesan di masa depan. Bagian dari ini harus melibatkan kemitraan dengan pemasok papan sirkuit tercetak yang berkualitas. Pemasok Anda akan mengatur perusahaan Anda untuk menangani proyek PCB apa pun yang datang kepada Anda. Millennium Circuits Limited dapat membantu Anda mencapainya.

Millennium Circuits Limited, juga dikenal sebagai MCL, adalah pemasok papan sirkuit cetak terkemuka di industri yang dapat membuat PCB Anda di sini, di A.S. Tujuan kami adalah memberikan Anda PCB terbaik yang direkayasa secara ahli dan harga bersaing.

Kami dapat menyediakan manufaktur lepas pantai untuk membantu Anda meningkatkan biaya dan mempertahankan anggaran Anda. Jika Anda membutuhkan jenis papan yang unik, profesional kami yang berpengetahuan luas dapat mencapai hampir semua jenis papan sirkuit tercetak yang dapat Anda pikirkan, mulai dari papan fleksibel dan keramik hingga papan digital berkecepatan tinggi dan banyak lagi. Kami dapat membantu Anda menemukan permukaan akhir, vias, dan fitur yang tepat untuk mencapai papan yang Anda inginkan dengan kualitas yang layak Anda dapatkan.

Biarkan kami membantu Anda mencapai impian proyek Anda. Hubungi kami hari ini untuk mendapatkan penawaran gratis.

Minta Penawaran Gratis

sebuah