Cara Mengalahkan Interferensi dalam Desain PCB

Dengan perkembangan teknologi informasi yang konstan, produk elektronik menjadi semakin rumit dalam hal fungsi, kategori dan strukturnya, mendorong desain PCB ke arah beberapa lapisan dan kepadatan tinggi. Akibatnya, banyak perhatian harus diberikan pada desain PCB (Electromagnetic Compatibility) karena desain PCB EMC tidak hanya memastikan kerja normal dan stabil dari semua sirkuit di papan sehingga mereka tidak akan saling mengganggu satu sama lain tetapi juga secara efektif mengurangi transmisi radiasi dan melakukan emisi PCB untuk menghentikan sirkuit dari gangguan radiasi dan konduksi eksternal. Interferensi adalah musuh utama EMC. Tapi, para insinyur, Anda harus berhenti khawatir mulai dari artikel ini.

Klasifikasi Interferensi PCB

Interferensi PCB dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori:
1). Gangguan tata letak mengacu pada gangguan yang disebabkan oleh penempatan komponen yang tidak sesuai pada PCB.
2). Gangguan susun mengacu pada gangguan kebisingan yang disebabkan oleh pengaturan yang tidak ilmiah.
3). Gangguan perutean mengacu pada gangguan yang disebabkan oleh pengaturan jarak yang tidak tepat antara saluran sinyal PCB, saluran listrik dan saluran pembumian, lebar saluran, atau metode perutean PCB yang tidak ilmiah.

Dalam hal klasifikasi gangguan PCB, beberapa tindakan penekanan dapat diambil masing-masing dari perspektif aturan tata letak, strategi susun dan aturan perutean dengan pengaruh sebagai akibat gangguan PCB dikurangi atau bahkan dihilangkan untuk memastikan kompatibilitas dengan standar desain EMC.

Tindakan Penekanan yang Sesuai untuk Interferensi PCB Berdasarkan Klasifikasinya

• Tindakan penekanan untuk gangguan tata letak

Hak istimewa untuk menghentikan gangguan tata letak terletak pada tata letak PCB yang wajar yang harus sesuai dengan enam aturan berikut:

1). Posisi sirkuit dari setiap modul fungsi harus diatur secara wajar sesuai dengan lokasi arus sinyal dan arah alirannya harus dipertahankan sebanyak mungkin.

2). Komponen inti dalam rangkaian modul harus dipasang di tengah dan ujung-ujungnya harus dipendekkan sebanyak mungkin antar komponen, terutama komponen frekuensi tinggi.

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

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

5). Driver I/O harus dekat dengan konektor untuk menghentikan perutean sinyal I/O jarak jauh di papan.

6). Elemen yang peka terhadap suhu tidak boleh ditempatkan terlalu dekat satu sama lain dan komponen input dan output juga harus berjauhan.

• Tindakan pencegahan untuk gangguan susun

Pertama, informasi desain PCB harus dikuasai dengan elemen komprehensif yang dipertimbangkan termasuk kepadatan garis sinyal, klasifikasi daya dan grounding untuk menentukan daya dan jumlah lapisan yang memastikan pelaksanaan fungsi sirkuit. Kualitas strategi susun pada dasarnya berkorelasi dengan tegangan transien bidang tanah atau bidang daya dan perisai elektromagnetik daya dan sinyal. Berdasarkan pengalaman praktis desain susun, desain susun harus sesuai dengan aturan berikut:
1). Ground plane dan power plane harus saling berdekatan dan jarak antara keduanya harus sekecil mungkin.
2). Bidang sinyal harus dekat dengan bidang tanah atau bidang daya. Baik lapisan tunggal atau banyak lapisan tidak masalah.

Dalam proses desain PCB single-layer atau double-layer, saluran listrik dan saluran sinyal harus dirancang dengan hati-hati. Untuk mengurangi area loop arus daya, saluran pembumian dan saluran listrik harus berdekatan satu sama lain dan harus saling sejajar. Untuk PCB satu lapis, jalur arde pelindung harus diatur di kedua sisi jalur sinyal penting. Di satu sisi, ini bertujuan untuk mengecilkan area loop sinyal. Di sisi lain, crosstalk dapat dihindari antar jalur sinyal.

Untuk PCB lapisan ganda, garis pembumian pelindung dapat diatur juga atau pembumian area masif diimplementasikan pada bidang gambar sinyal signifikan. Meskipun pembuatan PCB dan debugging perakitan sederhana dan nyaman, tidak dapat diterima untuk secara langsung mensimulasikan PCB yang rumit seperti sirkuit digital dan sirkuit digital-analog karena radiasi akan meningkat dengan meningkatnya area loop tanpa bidang referensi.

PCB multi-layer disarankan jika biayanya mencukupi. Tiga aturan harus diikuti dalam proses desain PCB multi-layer:
1). Untuk jalur sinyal yang signifikan, seperti jalur bus atau jam dengan radiasi kuat dan jalur dengan sensitivitas tinggi, perutean harus diterapkan antara dua bidang dasar atau pada bidang sinyal yang sangat dekat dengan bidang dasar, yang bermanfaat untuk mengecilkan area loop sinyal, pengurangan intensitas radiasi dan penguatan anti-interferensi.
2). Radiasi tepi harus dipastikan berada di bawah kendali yang efektif. Dibandingkan dengan bidang tanah yang berdekatan, bidang daya harus dikurangi secara internal sebesar 5 hingga 20H (H mengacu pada ketebalan dielektrik).
3).. Jika ada garis sinyal frekuensi tinggi antara lapisan bawah dan lapisan atas, mereka harus diatur antara lapisan atas dan bidang dasar untuk mencegah radiasi jalur sinyal frekuensi tinggi ke luar angkasa.

• Tindakan pencegahan untuk gangguan perutean

Untuk mencegah interferensi, aturan berikut harus dipatuhi dalam hal perutean:
1). Lead pada terminal output dan terminal input harus menghindari paralel untuk jarak yang jauh. Crosstalk paralel dapat dikurangi dengan menambahkan garis grounding atau meningkatkan jarak antar garis.
2). Lebar perutean tidak pernah dapat diubah secara tiba-tiba. Sudut harus berbentuk busur atau dengan derajat sudut 135°.
3). Radiasi eksternal dari loop pembawa arus meningkat (menurun) dengan bertambahnya (menurunnya) area loop, arus dan frekuensi sinyal, sehingga perlu untuk mengurangi area lead loop saat arus mengalir.
4). Panjang sadapan harus dikurangi sementara lebarnya ditambah untuk mengurangi impedansi sadapan.
5). Untuk meminimalkan noise coupling dan crosstalk antara jalur yang berdekatan, lakukan pemrosesan isolasi antar jalur untuk memastikan isolasi perutean.
6). Sinyal kunci isolasi shunt harus disetel dan sinyal kunci dilindungi oleh sirkuit pelindung.

Selain itu, ketika merutekan saluran sinyal, saluran listrik, dan saluran pembumian, harap ikuti aturan perutean sesuai dengan karakteristik dan fungsinya sendiri:
a. Garis grounding publik harus diatur di tepi PCB dengan pola mesh atau loop; garis landasan harus setebal mungkin dan lebih banyak foil tembaga harus diterapkan untuk memperkuat efek perisai; pentanahan analog harus diisolasi dengan pentanahan digital dan koneksi paralel titik tunggal harus diterapkan pada pentanahan analog frekuensi rendah. Sambungan seri multi-titik harus diterapkan di tanah frekuensi tinggi. Dalam routing praktis, koneksi seri dapat digabungkan dengan koneksi paralel.
b. Lebar saluran listrik harus ditingkatkan bila memungkinkan dan resistansi loop harus dikurangi untuk memastikan sinkronisasi antara arah saluran tanah dan saluran listrik dan transmisi data. Untuk PCB multi-layer, jarak antara saluran listrik dan ground plane atau power plane harus dikurangi. Daya harus disuplai ke setiap unit fungsi secara independen dan sirkuit dengan daya yang disuplai oleh daya publik harus berdekatan dan kompatibel satu sama lain.
c. Jalur sinyal harus sesingkat mungkin untuk memastikan pengurangan jalur sambungan sinyal interferensi. Jalur sinyal clock dan jalur sinyal sensitif harus dirutekan terlebih dahulu, selanjutnya datang jalur sinyal berkecepatan tinggi dan akhirnya datang jalur sinyal yang tidak signifikan. Jika jalur sinyal tidak kompatibel satu sama lain, pemrosesan isolasi harus diterapkan untuk menghentikan timbulnya gangguan kopling. Perutean sinyal kunci tidak dapat melampaui area pemisahan atau bahkan ruang bidang referensi yang disebabkan oleh pad dan melalui lubang tembus. Jika tidak, area loop sinyal akan ditingkatkan. Sementara itu, untuk mencegah radiasi tepi, jarak antara garis sinyal utama dan bidang referensi tidak boleh kurang dari 3H (H mengacu pada ketinggian antara garis sinyal utama dan bidang referensi).

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

Sumber Bermanfaat:
• Metode untuk Memperkuat Kemampuan Anti-Interferensi dalam Desain PCB
• Analisis Strategi Anti-Interferensi dan Pembumian untuk PCB
• Panduan Tata Letak PCB Ramah-Insinyur yang Tidak Bisa Dilewatkan
• Layanan Pembuatan PCB Fitur Lengkap dari PCBCart - Beberapa opsi Nilai tambah
• Layanan Perakitan PCB Tingkat Lanjut dari PCBCart - Mulai dari 1 buah