PCB EMC: Solusi Andalan untuk Mengurangi Gangguan Elektromagnetik

Apakah pernah mengalami TV yang mengganggu sinyal radio sebelumnya? Atau apakah Anda pernah bertanya mengapa Anda mematikan perangkat elektronik saat naik pesawat? Nah, alasannya sederhana; interferensi elektromagnetik (EMI).EMI adalah fenomena yang cukup umum dengan perangkat elektronik. Namun pertanyaannya di sini adalah: Bagaimana Anda mengontrol EMI? Itulah tempat PCB EMC muncul. Sementara Anda tidak dapat menghilangkan EMI, Anda dapat mengurangi dampaknya dan mencegah interferensi dengan desain PCB ini.

Baca lebih lanjut untuk mengetahui lebih banyak tentang PCB EMC dan cara merancangnya.

Apa itu EMI/EMC dalam PCB?

Interferensi Elektromagnetik

EMI seperti penyakit yang mempengaruhi sirkuit elektronik. Memang, ini adalah gangguan elektronik yang merusak kualitas sinyal dari sirkuit elektronik apa pun dan menyebabkan gangguan. Juga, gangguan elektronik ini adalah energi yang berjalan melalui konduksi atau radiasi dari perangkat elektronik.

Menariknya, EMI dapat mempengaruhi perangkat yang menciptakan gangguan dan perangkat lain dalam jangkauan dekat. Interferensi elektromagnetik dapat terjadi pada frekuensi apa pun tetapi biasanya dimulai di atas 50MHz.

Perangkat Elektronik

Di sisi lain, EMC (Electromagnetic compatibility) memungkinkan sistem elektronik untuk bekerja tanpa merilis EMI yang berlebihan. Ini juga memungkinkan sistem untuk menentukan performa optimal saat bekerja dalam kondisi yang aman.

Semua perangkat elektronik yang Anda bangun tidak boleh menyimpang dari standar EMI/EMC. Jika tidak, EMI akan terus mempengaruhi performa. Oleh karena itu, Anda harus mengontrol EMI saat merancang PCB Anda.

Plus, tidak mudah untuk mengontrol EMI setelah menyelesaikan desain Anda. Jadi, sebenarnya, Anda akan menghabiskan banyak uang, yang mungkin tidak akan memperbaiki masalahnya.

Jadi, merancang papan EMC akan memerlukan fokus pada tata letak PCB, pemilihan komponen, dan desain sirkuit.

Pedoman Desain untuk EMI dan EMC

Sementara Anda tidak dapat merancang PCB dengan interferensi elektromagnetik rendah atau nol, Anda dapat menciptakan satu yang tidak akan menghasilkan EMI yang tidak dapat ditoleransi. Kami memiliki beberapa pedoman desain yang akan membantu mengurangi emisi EM yang tidak diinginkan.

1. Gunakan Perangkat Permukaan Pemasang daripada Perangkat Berlubang

Perangkat Permukaan Pemasang

Saat Anda ingin mematuhi standar EMI, SMD akan menjadi pilihan untuk komponen Anda. Komponen berlubang memiliki properti induktansi yang lebih tinggi dan akan menghasilkan frekuensi di atas 100 MHz. Karena alasan ini, penggunaan beberapa komponen lubang melalui pada papan Anda akan menyebabkan kebisingan berlebihan.

Namun, perangkat permukaan pemasang memiliki properti induktansi yang lebih rendah dan kepadatan tinggi. Oleh karena itu, perangkat permukaan pemasang dapat membantu mengurangi masalah EMC/EMI.

2. Berikan Jarak dan Tata Letak Jejak dengan Benar

Jejak PCB

PCB Anda tidak akan memiliki kompatibilitas pengangkutan arus tanpa jejak. Namun, jika ada lenturan atau silang pada jalur Anda, itu akan menciptakan antena. Dan itulah yang ingin kita hindari.

Jadi, berikut adalah beberapa aturan standar untuk desain jejak:

• Selalu berikan setidaknya jarak 3W antara jejak Anda (W untuk lebar). Juga, Anda harus memisahkan semua sinyal dari jalur lain. Dengan aturan ini, Anda dapat meminimalkan coupling dan crosstalk antara jejak yang berseberangan.
• Jangan gunakan lenturan sudut sikus untuk jejak Anda. Anda dapat menggunakan sudut 45 derajat sebagai gantinya. Mengapa? Karena lenturan sudut sikus dapat meningkatkan kapasitansi dan mengubah nilai impedansi–yang menciptakan refleksi.

Jejak Sudut Sikus

• Coba jaga jejak diferensial tetap dekat saat routing. Ini akan memaksimalkan faktor coupling dan mengontrol kebisingan.

• Gunakan vias hanya saat diperlukan. Anda harus mencoba menghindari penggunaan vias sebanyak mungkin.

Vias dapat menyebabkan induktansi parasit karena perbedaan impedansi di antara vias dan jejak. Namun, jika Anda tidak dapat menghindari penggunaan vias, pastikan Anda menempatkan vias ground dekat dengan vias sinyal.

Vias PCB

• Stubs tidak akan bekerja pada jejak sensitif dan frekuensi tinggi. Stubs menghasilkan refleksi dan dapat menambahkan antena panjang gelombang ke sirkuit Anda.

3. Gunakan Ground Plane yang Tepat

Anda harus hanya menggunakan ground plane dengan nilai induktansi rendah. Jika tidak, itu akan membatalkan upaya Anda untuk mengatasi masalah EMC.

Untungnya, Anda mendapatkan ground plane dengan induktansi rendah dengan meningkatkan luas ground area PCB Anda. Ini juga akan membantu mengurangi crosstalk dan generasi EM. Mari kita lihat beberapa tips desain yang kami rekomendasikan.

Catatan: Jangan menghubungkan komponen Anda secara acak ke titik ground. Ini bukan praktik yang baik.

• Tidak perlu menghemat ruang pada ground plane Anda. Sebaliknya, pastikan Anda menggunakan setiap inci dari itu untuk mendapatkan manfaat dari nilai induktansi kecilnya.
• Anda tidak selalu dapat menggunakan ground plane untuk PCB dua lapis. Namun, Anda dapat menggunakan ground grid, dan jarak di antara mereka menentukan nilai induktansinya.
• Memang, jalur kembali yang panjang tidak diperlukan untuk PCB EMC. Sebaliknya, jalur kembali yang pendek memiliki performa EMC yang lebih baik karena impedansi yang lebih rendah.
• Juga, Isolasi lingkungan yang berisik dengan cincin Faraday cage. Anda dapat membuat cincin Faraday cage dengan menyertakan ground di tepi papan. Kemudian, cincin akan mencegah sinyal untuk routing di luar batas.
• Seperti yang disebutkan, split apertures dapat mengacaukan sirkuit Anda, jadi berhati-hatilah dalam menggunakannya. Split apertures dapat menciptakan area yang tidak seragam yang meningkatkan impedansi.
• Pastikan Anda juga menempatkan sirkuit kecepatan rendah dekat dengan power plane dan sirkuit kecepatan tinggi dekat dengan ground plane.
• Jangan biarkan area copper fill yang melayang. Selalu ground-kan mereka, atau Anda akan menciptakan antena.

4. Bagaimana Menata Lapisan PCB Anda

Pengaturan lapisan PCB Anda juga menentukan performa EMC-nya. Jika Anda merancang papan dua lapis atau lebih, Anda harus menyeluruhkan satu lapisan untuk ground plane. Namun, papan empat lapis harus memiliki power plane di bawah ground plane.

Berikut adalah beberapa pedoman desain untuk mengatur lapisan PCB:

• Pertama, gunakan ground grid jika Anda tidak dapat menyeluruhkan satu lapisan untuk ground plane pada papan dua lapis.
• Selanjutnya, Pastikan jejak ground sejajar dengan jejak daya Anda, terutama jika menggunakan plane terpisah.
• Terakhir, jika desain PCB Anda memiliki lebih dari empat lapisan, kami merekomendasikan pengaturan PCB berikut: sinyal layer-ground layer-power layer-sinyal layer.

5. Manfaatkan Shielding.

Shielding adalah satu metode efektif untuk mengatasi emisi EM. Jadi, dengan bahan konduktif/magnetik, covering shielding dapat melindungi sinyal dari interferensi eksternal dan mencegah kehilangan informasi.

Kami merekomendasikan menggunakan kabel shielding. Mengapa? Karena kabel adalah sumber EMI yang signifikan, terutama yang mentransmisikan sinyal analog dan digital. Juga, kabel ini memiliki kapasitansi dan induktansi parasit yang tinggi.

Namun, Anda dapat mencegah masalah EMI semacam ini dengan menggunakan kabel shielding.

5. Pisahkan Semua Komponen Sensitif

Komponen Elektronik

Anda tidak dapat mencapai desain yang ramah EMC dengan memadatkan semua komponen bersama. Sebaliknya, pisahkan mereka sesuai dengan sinyal operasinya, seperti digital, analog, kecepatan rendah, kecepatan tinggi, dan sinyal suplai daya.

Hal lain yang perlu dilakukan adalah memisahkan jejak sinyal setiap grup dan menempatkannya di area spesifik mereka. Plus, filter akan bagus jika satu sinyal mengalir melalui berbagai subsistem.

Standar EMC

Standar EMC

Meskipun ada versi standar EMC yang berbeda, sebagian besar terinspirasi dari standar IEC.

Standar EMC ini menciptakan dua persyaratan yang harus diikuti oleh setiap perangkat elektronik. Persyaratan ini meliputi:

• Perangkat elektronik tidak boleh menciptakan dan mentransmisikan interferensi elektromagnetik negatif ke perangkat lain.
• Perangkat elektronik juga harus menahan EMI dari perangkat lain.

Klik di sini untuk informasi lebih lanjut tentang berbagai standar EMC.

Langkah Aman Lain untuk Desain PCB EMC

Berikut beberapa tips untuk membantu meningkatkan performa desain PCB EMC Anda.

1. Pertama, berhati-hatilah saat merancang atau menempatkan tata letak osilator Anda. Oleh karena itu, Anda harus menjaga semua loop tank osilator jauh dari sirkuit analog, konektor, dan sinyal kecepatan rendah. Ingat bahwa tips ini berlaku untuk area PCB dan kotak papan Anda.

2. Juga, Anda harus tahu bahwa tidak semua PCB sama. Beberapa desain mungkin memerlukan konektor yang difilter untuk menyaring kebisingan. Plus, Anda harus mengaitkan konektor Anda ke chassis dan PCB.

3. Selanjutnya, jangan jalankan garis berkecepatan tinggi atau berisik di dekat tepi papan Anda. Jejak berisik dapat menangkap kebisingan dengan mudah, jadi Anda harus menjaga mereka dari area yang menghasilkan kebisingan. Area ini mencakup sirkuit osilator, driver relay, konektor, dan relay.

4. Secara tambahan, beberapa PCB mungkin memerlukan filtering pada beberapa garis. Solusi mudah untuk ini adalah ferrite beads. Ferrite beads dapat membatasi sinyal frekuensi tinggi dan bekerja untuk decoupling garis suplai.

5. Ingatlah untuk menjaga kabel assembly jauh dari osilator atau bagian dengan mikrokomputer dalam desain Anda. Kabel assembly dapat menurunkan performa EMC Anda karena mereka menangkap dan membawa kebisingan di seluruh sirkuit Anda.

Perbedaan Antara EMI dan EMC?

Seperti yang disebutkan sebelumnya, EMI adalah kebisingan apa pun yang merusak sinyal lain yang mengirim atau menerima data atau informasi.

Plus, ada dua cara EMI dapat terjadi. Satu adalah melalui udara, dan yang lain terjadi ketika konduktor mentransfernya ke bahan lain (EMI konduktif).

Sebaliknya, EMC adalah kemampuan perangkat untuk menahan tingkat EMI yang berbahaya dan terus beroperasi secara normal. Perangkat dengan standar EMC yang baik tidak akan menghasilkan EMT yang tidak dapat ditoleransi dan tidak akan memiliki sinyal dan operasi yang terganggu.

Rounding Up

Desain PCB

Interferensi elektromagnetik adalah fenomena yang kuat yang dapat menyebabkan kehilangan informasi dan gangguan sistem yang parah. Ini mirip dengan pulsa elektromagnetik fiksi yang dapat mengganggu semua perangkat elektronik dalam jangkauan.

Namun, kita dapat mengatasi EMI dengan papan yang ramah EMC. Papan ini memiliki imunitas spesial yang melindungi mereka dari gangguan sinyal. PCB EMC juga tidak menciptakan tingkat EMI yang tinggi, jadi mereka tidak mempengaruhi perangkat di sekitarnya.

Apakah Anda ingin membangun PCB EMC untuk proyek berikutnya Anda? Pastikan untuk menghubungi kami, dan kami akan senang membantu.