Menguasai Mitigasi Gangguan PCB: Panduan Profesional untuk Memastikan Kepatuhan EMC

Seiring dengan perkembangan teknologi informasi, produk elektronik menjadi semakin kompleks dalam hal fungsi, kategori, dan struktur, mendorong desain PCB menuju arah multi-lapisan dan kepadatan tinggi. Akibatnya, perhatian besar harus diberikan pada EMC (Electromagnetic Compatibility) desain PCB karena desain EMC PCB tidak hanya memastikan operasi normal dan stabil dari semua sirkuit pada papan sehingga mereka tidak akan saling mengganggu satu sama lain tetapi juga secara efektif mengurangi radiasi transmisi dan emisi terkonduksi PCB untuk mencegah sirkuit dari gangguan radiasi dan konduksi eksternal. Gangguan adalah musuh utama EMC. Namun, insinyur, Anda harus berhenti khawatir mulai dari artikel ini.

Klasifikasi Gangguan PCB

Gangguan PCB dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori:
1). Gangguan tata letak adalah gangguan yang disebabkan oleh penempatan komponen yang tidak tepat pada PCB.
2). Gangguan tumpukan adalah gangguan derau yang disebabkan oleh pengaturan yang tidak ilmiah.
3). Gangguan routing adalah gangguan yang disebabkan oleh pengaturan jarak yang tidak tepat antara garis sinyal, garis daya, dan garis ground pada PCB, lebar garis, atau metode routing PCB yang tidak ilmiah.

Dalam hal klasifikasi gangguan PCB, beberapa tindakan pencegahan dapat diambil masing-masing dari perspektif aturan tata letak, strategi tumpukan, dan aturan routing dengan pengakibatnya gangguan PCB berkurang atau bahkan dihilangkan untuk memastikan kompatibilitas dengan standar desain EMC.

Tindakan Pencegahan yang Tepat untuk Gangguan PCB Berdasarkan Klasifikasinya

• Tindakan pencegahan untuk gangguan tata letak

Keuntungan untuk mencegah gangguan tata letak terletak pada tata letak PCB yang wajar yang harus memenuhi enam aturan berikut:

1). Posisi sirkuit setiap modul fungsi harus ditetapkan secara wajar berdasarkan lokasi arus sinyal dan arah alirnya harus dipertahankan sama sebanyak mungkin.

2). Komponen inti dalam sirkuit modul harus ditempatkan di tengah dan kawat antara komponen harus disingkat sebanyak mungkin, terutama komponen frekuensi tinggi.

3). Integrasi antara elemen sensitif panas dan chip harus dilakukan jauh dari elemen pemanas.

4). Posisi konektor harus ditetapkan sesuai dengan posisi komponen pada papan. Konektor harus ditempatkan di satu sisi PCB untuk mencegah kabel diarahkan keluar dari dua sisi dan untuk mengurangi radiasi arus mode umum (CM).

5). Driver I/O harus ditempatkan erat di dekat konektor untuk mencegah routing jarak jauh sinyal I/O pada papan.

6). Elemen sensitif panas tidak boleh ditempatkan terlalu dekat satu sama lain dan komponen input dan output juga harus jauh dari mereka.

• Tindakan pencegahan untuk gangguan tumpukan

Pertama, informasi desain PCB harus dikuasai dengan mempertimbangkan elemen yang komprehensif termasuk kepadatan garis sinyal, klasifikasi daya dan ground untuk menentukan daya dan jumlah lapisan yang memastikan implementasi fungsi sirkuit. Kualitas strategi tumpukan pada dasarnya berkaitan dengan tegangan transien dari ground plane atau power plane dan perlindungan elektromagnetik daya dan sinyal. Berdasarkan pengalaman desain tumpukan praktis, desain tumpukan harus memenuhi aturan berikut:
1). Ground plane dan power plane harus berdekatan satu sama lain dan jarak di antara mereka harus semakin kecil mungkin.
2). Signal plane harus erat di dekat ground plane atau power plane. Baik lapis tunggal atau multi-lapisan boleh.

Dalam proses desain PCB satu lapis atau dua lapis, garis daya dan garis sinyal harus dirancang dengan hati-hati. Untuk mengurangi area loop arus daya, garis ground dan garis daya harus erat di dekat satu sama lain dan harus tetap paralel satu sama lain. Untuk PCB satu lapis, garis ground perlindungan harus disiapkan di kedua sisi garis sinyal penting. Salah satu tujuannya adalah untuk menyusutkan area loop sinyal. Di sisi lain, crosstalk dapat dihindari antara garis sinyal.

Untuk PCB dua lapis, garis ground perlindungan juga dapat ditetapkan atau grounding area besar diimplementasikan pada image plane dari sinyal signifikan. Meskipun manufaktur dan assembly debug PCB sederhana dan nyaman, tidak dapat diterima untuk mensimulasikan PCB yang rumit seperti sirkuit digital dan sirkuit digital-analog karena radiasi akan meningkat seiring dengan peningkatan area loop tanpa referensi plane.

PCB multi-lapisan disarankan jika biaya mencukupi. Tiga aturan harus diikuti dalam proses desain PCB multi-lapisan:
1). Untuk garis sinyal signifikan, seperti garis bus atau garis jam dengan radiasi kuat dan garis dengan sensivitas tinggi, routing harus diimplementasikan antara dua ground plane atau pada signal plane yang erat di dekat ground plane, yang bermanfaat untuk menyusutkan area loop sinyal, mengurangi intensitas radiasi, dan memperkuat anti-gangguan.
2). Radiasi tepi harus dipastikan berada dalam kendali yang efektif. Bandingkan dengan ground plane yang berdekatan, power plane harus dikurangi secara internal sebesar 5 hingga 20H (H merujuk pada ketebalan dielektrik).
3).. Jika garis sinyal frekuensi tinggi ada antara lapis bawah dan lapis atas, mereka harus diatur antara lapis atas dan ground plane untuk melarang radiasi garis sinyal frekuensi tinggi ke ruang.

• Tindakan pencegahan untuk gangguan routing

Untuk mencegah gangguan, aturan berikut harus dipatuhi dalam hal routing:
1). Kabel di terminal output dan terminal input harus menghindari sejajar untuk jarak yang panjang. Crosstalk sejajar dapat dikurangi dengan menambahkan garis ground atau meningkatkan jarak antara garis.
2). Lebar routing tidak boleh berubah tiba-tiba. Sudut harus berbentuk busur atau dengan sudut 135°.
3). Radiasi eksternal loop yang membawa arus meningkat (menurun) seiring dengan peningkatan (penurunan) area loop, arus, dan frekuensi sinyal, jadi diperlukan untuk mengurangi area loop kabel saat arus mengalir.
4). Panjang kabel harus dikurangi sementara lebar ditingkatkan untuk mengurangi impedansi kabel.
5). Untuk meminimalkan noise coupling dan crosstalk antara garis yang berdekatan, silakan lakukan pemisahan antara garis untuk memastikan isolasi routing.
6). Isolasi shunt sinyal kunci harus ditetapkan dan sinyal kunci dilindungi oleh sirkuit perlindungan.

Selain itu, saat merouting garis sinyal, garis daya, dan garis ground, silakan ikuti aturan routing sesuai dengan karakteristik dan fungsi masing-masing:
a. Garis ground publik harus diatur di tepi PCB dengan pola mesh atau loop; garis ground harus tebal sebanyak mungkin dan lebih banyak foil tembaga harus diterapkan untuk memperkuat efek pelindung; ground analog harus diisolasi dengan ground digital dan hubungan paralel satu titik harus diterapkan pada ground rendah frekuensi analog ground. Hubungan serial multi-titik harus diterapkan pada ground frekuensi tinggi. Dalam routing praktis, hubungan serial dapat digabungkan dengan hubungan paralel.
b. Lebar garis daya harus ditingkatkan sebanyak mungkin dan resistansi loop harus dikurangi untuk memastikan sinkronisasi antara arah garis ground dan garis daya dengan arah transmisi data. Untuk PCB multi-lapisan, jarak antara garis daya dan ground plane atau power plane harus dikurangi. Daya harus disuplai untuk setiap unit fungsi secara independen dan sirkuit dengan daya yang disuplai oleh daya publik harus dekat dan kompatibel satu sama lain.
c. Garis sinyal harus semakin pendek mungkin untuk memastikan pengurangan jalur coupling sinyal gangguan. Garis sinyal jam dan garis sinyal sensitif harus diruting terlebih dahulu, kemudian garis sinyal kecepatan tinggi dan akhirnya garis sinyal yang tidak signifikan. Jika garis sinyal tidak kompatibel satu sama lain, pemisahan harus dilakukan untuk menghindari terjadinya coupling gangguan. Routing sinyal kunci tidak boleh melewati area pemisah atau bahkan ruang referensi plane yang disebabkan oleh pad dan via lubang. Jika tidak, area loop sinyal akan meningkat. Sementara itu, untuk melarang radiasi tepi, jarak antara garis sinyal kunci dan referensi plane tidak boleh kurang dari 3H (H merujuk pada tinggi antara garis sinyal kunci dan referensi plane).

Satu-satunya hal yang harus kita takuti adalah ketakutan itu sendiri. Untuk insinyur elektronik, dalam proses desain PCB, mungkin gangguan selalu mengecewakan Anda. Namun, asalkan kita tahu dari mana gangguan berasal dan mengambil tindakan yang efektif, gangguan pasti akan berkurang dengan performa PCB yang terwujud sepenuhnya.

Sumber Manfaat:
• Metode untuk Meningkatkan Kemampuan Anti-Gangguan dalam Desain PCB
• Analisis Strategi Anti-Gangguan dan Grounding untuk PCB
• Pedoman Tata Letak PCB yang Ramah Insinyur yang Tidak Boleh Lewatkan
• Layanan Manufaktur PCB Fitur Penuh dari PCBCart - Pilihan Tambahan Nilai Banyak
• Layanan Assembly PCB Lanjutan dari PCBCart - Mulai dari 1 potong