Jaminan Sukses Pertama Kali dalam Desain EMC PCB

Sebagai platform untuk komponen yang aplikasinya dapat diimplementasikan dengan baik dalam produk elektronik, PCB (Printed Circuit Boards) memainkan peran kunci sebagai koneksi listrik antara komponen dan menjadi dasar dalam perangkat atau peralatan elektronik. Oleh karena itu, performa dan kualitasnya secara langsung menyebabkan performa produk elektronik. Seiring dengan perkembangan cepat dalam teknologi mikroelektronik, banyak produk elektronik cenderung bekerja bersama sehingga gangguan di antara mereka semakin meningkat. Selain itu, peningkatan kepadatan PCB mengakibatkan kualitas desain PCB memainkan peran krusial dalam menentukan tingkat gangguan dan resistensi gangguan. Akibatnya, selain pemilihan komponen dan desain sirkuit, tata letak dan routing komponen yang baik juga berkontribusi pada desain EMC (ElectroMagnetic Compatibility) PCB jika sirkuit diharapkan untuk menangkap performa optimal.

EMC merujuk pada kemampuan perangkat atau sistem agar dapat bekerja secara normal dalam lingkungan elektromagnetik sambil menolak untuk menghasilkan gangguan elektromagnetik yang tidak dapat diterima pada perangkat atau sistem sekitar. Gangguan elektromagnetik terbentuk karena banyak alasan terutama diringkas menjadi frekuensi kerja yang sangat tinggi atau tata letak atau routing yang tidak dapat diterima. Di latar belakang frekuensi radio (RF) yang tinggi yang tidak dapat dihindari, desainer harus fokus pada tata letak komponen, routing, daya dan desain grounding saat mengimplementasikan desain PCB untuk perhatian EMC. Selain itu, untuk PCB dengan jumlah lapisan yang berbeda, elemen desain yang berbeda harus dipertimbangkan untuk mencapai performa optimal.

Sumber Gangguan

• Arus Mode Beda dan Arus Mode Umum

a. Transmisi Mode Beda dan Transmisi Mode Umum

Setiap sirkuit mengandung arus mode umum (CM) dan arus mode beda (DM). Keduanya menentukan tingkat transmisi RF. Sebagaimana kenyataannya, perbedaan besar ada di antara keduanya. Ketika sepasang kabel atau garis dan sumber pengembalian referensi diberikan, baik jenis arus akan tersedia. Secara umum, sinyal DM membawa data atau informasi yang berguna. Mode umum, namun, menyebabkan sebagian besar masalah untuk EMC sebagai efek negatif dari arus DM. Transmisi DM biasanya didefinisikan sebagai transmisi dari garis ke garis sementara transmisi CM biasanya didefinisikan sebagai transmisi dari garis ke ground. Intensitas medan maksimum yang dihasilkan oleh loop tertutup dapat dihitung oleh formula . E merujuk pada intensitas medan maksimum (μV/m); r merujuk pada jarak antara loop tertutup dan antena pengukur (m); f merujuk pada frekuensi (MHz); I_s merujuk pada arus (mA); A merujuk pada area loop (cm²).

Berdasarkan formula di atas, jelas diindikasikan bahwa intensitas medan berbanding lurus dengan area loop. Untuk mengurangi tingkat transmisi DM (TL), area loop harus disusutkan selain dari pengurangan arus sumber.

Radiasi CM disebabkan oleh penurunan tegangan yang menyebabkan tegangan ground parsial lebih tinggi dari pada ground referensi. Kabel yang terhubung dengan sistem ground yang berpengaruh dianggap sebagai antena yang merupakan komponen radiasi CM. Komponen far-field dapat digambarkan oleh formula , K merujuk pada koefisien transmisi; I merujuk pada arus CM (A); l merujuk pada panjang kabel (m); f merujuk pada frekuensi transmisi (MHz); r merujuk pada jarak (m).

Formula ini jelas menunjukkan bahwa intensitas medan berbanding lurus dengan panjang kabel. Pengurangan transmisi CM bergantung pada penurunan arus CM dan penurunan panjang kabel.

b. Konversi antara CM dan DM

DM dan CM dapat saling dikonversi ketika dua garis sinyal dengan impedansi yang berbeda tersedia. Impedansi terutama ditentukan oleh kabel atau kapasitor dan induktor bersisihan yang berkaitan dengan penacakan fisik. Untuk penacakan mayoritas PCB, kapasitansi dan induktansi parasit harus dikendalikan dengan baik ke minimum sehingga CM dan DM dapat dihindari dari terjadinya. Oleh karena itu, sirkuit yang sensitif terhadap lingkungan harus mencapai keseimbangan melalui suatu metode sehingga kapasitansi bersisihan atau kapasitansi bersisihan dari setiap konduktor ekuivalen dengan kapasitansi parasit.

c. Metode umum untuk mencegah gangguan CM dan DM

Pedoman dasar untuk mencegah arus CM dan DM dan gangguan RF terletak pada pengimbalan kapasitas arus atau pengurangan kapasitas arus minimum. Saat arus mengalir melalui garis, garis gaya magnetis dihasilkan, yang mengakibatkan terjadinya medan listrik. Keduanya mampu menradiasi energi RF. Jika garis gaya magnetis diimbal atau dikurangi ke minimum, energi RF tidak akan ada lagi, yang pada akhirnya akan menghentikan gangguan. Langkah spesifik atau aturan yang dapat dipatuhi akan dibahas di bagian akhir artikel ini.

• Crosstalk

Sebagai elemen kunci desain PCB, crosstalk harus dipertimbangkan dengan hati-hati di setiap tahapan seluruh proses. Crosstalk merujuk pada coupling elektromagnetik yang tidak diinginkan antara garis, kabel, rantai kabel, komponen atau komponen elektronik lain yang cenderung dipengaruhi oleh gangguan elektromagnetik.

Sebagai pendekatan transmisi EMI terkemuka, crosstalk cenderung menyebabkan gangguan antara garis. Crosstalk dapat diklasifikasikan menjadi coupling kapasitif dan coupling induktif. Yang pertama biasanya berasal dari fakta bahwa garis terletak di atas garis lain atau referensi plane. Yang kedua biasanya berasal dari garis yang secara fisik mendekat satu sama lain. Ketika berbicara tentang garis paralel, crosstalk memiliki dua mode: maju dan mundur. Untuk PCB, crosstalk mundur lebih layak dipertimbangkan daripada crosstalk maju. Dalam sirkuit, semakin besar impedansi antara daya dan garis yang diganggu, semakin tinggi tingkat crosstalk akan menjadi. Crosstalk induktif dapat dikontrol dengan menambahkan jarak tepi ke tepi antara garis dan garis transmisi atau kabel atau meminimalkan jarak antara garis dan referensi plane.

• Analisis Spektrum Sinyal Digital

a. Sinyal digital

Atribut sinyal digital adalah gelombang persegi dan sinyal gelombang persegi terdiri dari gelombang dasar dan banyak sinus harmoni. Transformasi Fourier dapat diterapkan untuk menangkap rentang frekuensi bentuk gelombang sinyal digital. Oleh karena itu, semakin pendek periode pengulangan pulsa, semakin tinggi frekuensi pengulangannya dan demikian pula frekuensi harmoni akan. Secara teoritis, waktu naik gelombang persegi adalah nol sehingga konten harmoni adalah tak hingga. Namun, itu adalah bentuk gelombang trapesium dengan tepi naik dan tepi turun.

b. Konversi domain waktu dan domain frekuensi pulsa (transformasi Fourier)

Transformasi Fourier menyebabkan pulsa persegi untuk diuraikan menjadi gelombang kosinus atau sinus, sesuai dengan formula . Dalam persamaan ini, AD_n merujuk pada amplitudo dari setiap gelombang kosinus; n merujuk pada jumlah gelombang harmoni; w merujuk pada frekuensi sudut.

• Decoupling dan Grounding

a. Desain decoupling

Dibentuk oleh induktor dan kapasitor, filter low-pass mampu menyaring sinyal gangguan frekuensi tinggi. Induktansi parasit pada garis akan melambatkan pasokan daya sehingga arus output dari perangkat driver akan turun. Penempatan yang tepat kapasitor decoupling dan penerapan fungsi penyimpanan energi dari induktor dan kapasitor membuatnya mungkin untuk menyediakan arus ke perangkat pada saat on dan off. Dalam loop DC, perubahan beban akan memicu derau daya. Konfigurasi kapasitor decoupling dapat mencegah derau dari dihasilkan akibat perubahan beban.

b. Desain grounding

Untuk perangkat elektronik, grounding adalah metode penting untuk mengontrol gangguan. Jika grounding digabungkan dengan benar dengan langkah pelindung, sebagian besar masalah gangguan akan terpecahkan.

• Tata letak dan routing komponen

Tata letak sirkuit secara langsung menentukan tingkat gangguan elektromagnetik dan intensitas resistensi gangguan. Tata letak yang tepat tidak hanya meningkatkan efisiensi sirkuit, tetapi juga meningkatkan EMC dari seluruh sistem. Semakin tinggi frekuensi kerja unit sirkuit, semakin tinggi kecepatan akan dan semakin bervariasinya spektrum sinyal. Akibatnya, semakin tinggi proporsi komponen frekuensi tinggi, semakin kuat gangguan akan. Dari perspektif frekuensi, pertama datang sirkuit frekuensi tinggi, kemudian sirkuit frekuensi menengah dan akhirnya sirkuit frekuensi rendah. Dari perspektif kecepatan logika, namun, pertama datang sirkuit kecepatan tinggi, kemudian sirkuit kecepatan menengah dan akhirnya sirkuit kecepatan rendah. Sesuai dengan teori tersebut, tata letak sirkuit harus diimplementasikan sesuai dengan desain berikut.

Selain klasifikasi menurut frekuensi atau kecepatan, fungsi dan tipe juga dapat digunakan sebagai standar klasifikasi. Langkah terperinci yang akan diambil akan dibahas di bagian sisa artikel ini segera. Terus membaca dan Anda akan memperolehnya secara detail.

Aturan Desain PCB untuk EMC

Karena sumber gangguan yang memanggil untuk kerusakan performa EMC sirkuit telah dieksplorasi, aturan desain yang sesuai untuk perhatian EMC harus dirancang sesuai dengan sumber-sumber tersebut. Berikut adalah aturan desain PCB untuk mencapai kesuksesan EMC.

• Tata Letak Permukaan

a. Ukuran PCB harus dipertimbangkan. Saat berbicara tentang papan dengan ukuran sangat besar, penacakan harus melangkah jauh dengan impedansi meningkat, resistensi gangguan menurun dan biaya manufaktur naik. Saat berbicara tentang papan dengan ukuran sangat kecil, masalah akan ditimbulkan untuk dissipasi panas dan crosstalk cenderung terjadi antara garis yang berdekatan. Ukuran PCB yang disarankan adalah bentuk persegi panjang dengan perbandingan panjang dan lebar 3:2 atau 4:3. Selain itu, saat ukuran papan melebihi 200mm*150mm, kekuatan mekanis yang ditarik oleh papan harus dipertimbangkan. Oleh karena itu, sangat penting bagi Anda untuk mengetahui batasan produsen PCB Anda terhadap dimensi papan. Misalnya, PCBCart dapat mencetak papan sirkuit minimal 6*6mm dan maksimal 600*700mm. Periksa kemampuan manufaktur PCB kustomnya untuk lebih banyak detail.

b. Partisi harus dipertimbangkan dengan hati-hati untuk desain tata letak komponen. Sirkuit digital, sirkuit analog dan sumber derau harus ditempatkan secara independen pada papan dan sirkuit frekuensi tinggi harus diisolasi dari sirkuit frekuensi rendah. Selain itu, perhatian harus diberikan pada distribusi komponen dengan sinyal kuat dan lemah serta masalah arah transmisi sinyal.

c. Tata letak harus berpusat pada komponen inti dalam setiap sirkuit fungsi untuk memastikan komponen ditempatkan rapi dan kompak sepanjang arah yang sama. Untuk mencegah coupling antara sinyal terbentuk, komponen yang mudah dipengaruhi gangguan tidak boleh ditempatkan berseberangan.

d. Komponen sinyal sensitif harus jauh dari daya dan perangkat daya tinggi dan garis sinyal sensitif tidak boleh diizinkan melewati perangkat daya tinggi. Komponen sensitif panas harus ditempatkan jauh dari perangkat panas sementara komponen sensitif suhu harus ditempatkan di area dengan suhu terendah.

e. Jarak harus diperbesar antara komponen dengan perbedaan potensial tinggi untuk menghindari kemungkinan terjadinya short circuit. Selain itu, komponen daya tinggi harus mencoba diatur di tempat yang tidak dapat diraih oleh sentuhan tangan dalam pengujian dan melalui perlindungan insulasi.

f. Sebuah lubang via akan membawa kapasitansi terdistribusi sebesar 0.5pF, jadi pengurangan lubang via bermanfaat untuk peningkatan kecepatan operasi.

• Tata Letak Komponen

a. Bandingkan dengan komponen diskrit, komponen IC harus menerima prioritas pemilihan karena keuntungan kemasan yang baik, jumlah titik sambung yang lebih rendah dan tingkat kegagalan rendah. Selain itu, perangkat dengan slope sinyal yang relatif lambat harus dipilih sehingga bagian frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh sinyal dapat dikurangi. Penerapan perangkat permukaan dapat mengurangi panjang penacakan dengan impedansi berkurang dan EMC meningkat.

b. Komponen harus ditempatkan berdasarkan klasifikasi yang sama. Komponen yang tidak kompatibel harus ditempatkan secara independen untuk memastikan bahwa komponen tidak akan saling mengganggu di ruang.

c. Komponen yang berat lebih dari 15g tidak boleh di-solder sampai mereka telah diperbaiki dengan dukungan. Komponen yang besar dan berat dan menghasilkan banyak panas tidak boleh diassemble pada papan; sebaliknya, mereka harus diassemble pada papan bawah kotak jadi. Selain itu, dissipasi panas harus dijamin dan komponen sensitif panas harus jauh dari komponen yang menghasilkan panas.

d. Saat berbicara tentang komponen yang dapat disesuaikan seperti potensiometer, kerucut induktansi yang dapat disesuaikan, kapasitor variabel dan mikro saklar, persyaratan struktur sistem keseluruhan harus dipertimbangkan. Komponen tersebut harus ditempatkan pada papan sirkuit jika disesuaikan dalam diperlukan sementara mereka harus di tempat yang kompatibel dengan papan mesin jika disesuaikan luar diperlukan.

• Desain Routing

Aturan routing umum mengikuti urutan berikut:

Selain aturan routing umum tersebut, beberapa detail tidak boleh diabaikan:

a. Untuk meminimalkan gangguan radiasi, PCB multi-lapisan harus dipilih dengan lapisan internal ditetapkan sebagai power plane dan ground plane sehingga impedansi sirkuit daya dapat dikurangi dan gangguan impedansi publik dapat dihentikan dengan ground plane yang sama untuk garis sinyal. Ia memainkan peran kunci dalam menghentikan radiasi dengan meningkatkan kapasitansi terdistribusi antara garis sinyal dan ground plane. Catatan desain lebih lanjut untuk PCB multi-lapisan digambarkan dalam bagian PCB Layer dan EMC Design di bawah ini.

b. Impedansi rendah harus dipertahankan pada sinyal frekuensi tinggi oleh garis daya, garis ground dan garis pada papan sirkuit. Saat frekuensi tetap sangat tinggi, garis daya, garis ground dan garis papan sirkuit semuanya menjadi antena kecil yang bertanggung jawab untuk menerima dan mentransmisikan gangguan. Untuk mengalahkan gangguan tersebut, dibandingkan dengan menambahkan kapasitor filter, lebih penting untuk mengurangi impedansi frekuensi tinggi yang dimiliki oleh garis daya, garis ground dan garis papan sirkuit. Oleh karena itu, garis pada papan sirkuit harus pendek dan tebal dan diatur secara merata.

c. Garis daya, garis ground dan garis cetak harus diatur dengan tepat sehingga mereka dapat pendek dan lurus untuk meminimalkan area loop yang dibentuk oleh garis sinyal dan garis kembali.
d. Generator jam harus semakin dekat mungkin dengan perangkat jam.
e. Shell osilator kristal harus dihubungkan dengan ground.
f. Domain jam harus dikelilingi oleh garis ground dan garis jam harus semakin pendek mungkin.
g. Garis putus dengan sudut 45° alih-alih 90° harus diterapkan untuk papan sirkuit untuk mengurangi transmisi dan coupling sinyal frekuensi tinggi.
h. Koneksi satu titik dengan daya dan koneksi satu titik dengan ground harus diterapkan pada PCB satu lapis dan dua lapis. Baik garis daya maupun garis ground harus tebal sebanyak mungkin.
i. Sirkuit driver I/O harus dekat dengan konektor di tepi papan sirkuit.
j. Garis kunci harus mencoba tebal dan ground perlindungan harus ditambahkan di kedua sisi. Garis kecepatan tinggi harus pendek dan lurus.
k. Pin komponen harus semakin pendek mungkin, yang bekerja terutama untuk kapasitor decoupling gunakan kapasitor mounting tanpa pin.
l. Saat berbicara tentang komponen A/D, garis ground di bagian digital dan analog tidak boleh disilang.
m. Sinyal jam, bus dan chip select harus jauh dari garis I/O dan konektor.
n. Garis input tegangan analog, terminal tegangan referensi harus jauh dari garis sinyal sirkuit digital, terutama jam.
o. Gangguan lebih kecil saat garis jam tegak lurus terhadap garis I/O daripada sejajar dengan garis I/O. Selain itu, pin komponen jam harus jauh dari kabel I/O.
p. Penacakan tidak boleh diatur di bawah kristal kuarsa atau perangkat sensitif terhadap derau.
q. Loop arus tidak boleh dihasilkan di sekitar sirkuit sinyal lemah atau sirkuit frekuensi rendah.
r. Sinyal apa pun tidak boleh menghasilkan loop. Jika loop harus diatur, itu harus semakin kecil mungkin.

• Penacakan Garis

a. Tata letak paralel harus dilakukan pada sinyal arus dengan output yang sama tetapi arah yang berlawanan untuk menghilangkan gangguan magnetis.
b. Ketidakterusan garis cetak harus dikurangi sebesar mungkin. Contohnya, lebar garis tidak boleh berubah tiba-tiba dengan sudut garis lebih dari 90°.
c. EMI cenderung dihasilkan oleh garis sinyal jam paling banyak dan garis sinyal jam harus dekat dengan loop ground dalam proses routing.
d. Driver bus harus di samping bus yang akan dijalankan. Saat berbicara tentang kabel jauh dari PCB, driver harus ditempatkan di samping konektor.
e. Karena garis sinyal kabel jam, baris driver atau driver bus biasanya membawa arus transien besar, garis cetak harus semakin pendek mungkin. Untuk komponen diskrit, lebar garis cetak dapat mencapai sekitar 1.5mm. Untuk IC, lebar garis cetak harus antara 0.2mm hingga 1.0mm.
f. Foil tembaga area besar harus dihindari digunakan di sekitar perangkat panas atau garis dengan arus besar yang mengalir, jika tidak masalah seperti foil tembaga melebar atau jatuh mungkin akan terjadi jika produk tetap dalam lingkungan panas untuk waktu yang lama. Jika foil tembaga area besar harus digunakan, lebih baik memanfaatkan grid, yang bermanfaat untuk menghilangkan gas yang keluar yang dihasilkan karena adhesi termal antara foil tembaga dan substrat.
g. Delapan via di tengah pad harus lebih besar secara sesuai dari pada pin komponen. Solder kering cenderung dihasilkan jika pad terlalu besar.

• Desain Daya

Desain daya yang tidak sesuai menghasilkan derau besar, yang pada akhirnya mengurangi performa produk. Dua faktor utama menyebabkan daya tidak stabil:
#1: Dalam keadaan switching kecepatan tinggi, arus pertukaran transien terlalu besar;
#2: Induktansi ada pada return arus.

Akibatnya, integritas daya harus dipertimbangkan sepenuhnya dalam desain PCB, selain aturan berikut juga harus dipatuhi.

a. Desain filter dan decoupling daya

Bridging kapasitor decoupling dengan kapasitansi dari 0.01μF hingga 0.1μF di dua terminal daya chip IC dapat secara dramatis mengurangi derau dan arus lonjong di seluruh papan. Dengan kompensasi arus terpenuhi, semakin rendah kapasitansi decoupling, semakin baik. Kapasitor mounting harus digunakan secara optimal karena induktansi kabel rendahnya.

Metode paling efektif untuk memfilter daya terletak pada pengaturan filter di kabel daya AC. Untuk mencegah kabel saling coupling atau loop terjadi, garis input dan output filter harus diarahkan dari kedua sisi papan sirkuit dan kabel harus semakin pendek mungkin.

b. Desain perlindungan daya

Desain perlindungan daya mencakup perlindungan over-current, alarm tegangan rendah, soft start dan perlindungan over-voltage. Perlindungan over-current dapat dicapai pada bagian daya PCB melalui penerapan peluruh. Untuk mencegah peluruh mempengaruhi modul lain dalam proses meleleh, tegangan input harus dirancang juga untuk mempertahankan kapasitansi. Untuk mencegah over-voltage merusak komponen secara tidak sengaja, potensial setara harus dirintis melalui perangkat perlindungan seperti tabung discharger dan varistor antara garis distribusi dan potensial ground untuk menyelesaikan perlindungan over-voltage.

• Desain Ground

Untuk perangkat dengan potensial setara dengan titik dasar potensial, garis ground memiliki potensial tidak konstan. Perbedaan yang cukup besar dapat diamati saat menggunakan meter untuk mengukur potensial antara titik pada garis ground, yang pada akhirnya akan menyebabkan kesalahan saat sirkuit bekerja.

Penyebab utama EMI oleh garis ground terletak pada impedansi pada garis ground. Saat arus mengalir melalui garis ground, tegangan akan dihasilkan, yang sebenarnya adalah derau ground. Di bawah penggerak tegangan tersebut, arus loop pada garis ground akan ditimbulkan, yang kemudian menghasilkan gangguan loop ground. Jika dua sirkuit secara bersama-sama menggunakan garis ground yang sama, coupling impedansi publik akan terjadi.

Solusi untuk gangguan loop ground mencakup pemotongan loop ground, penambahan impedansi loop ground dan penerapan sirkuit seimbang. Metode untuk mengalahkan coupling impedansi publik terletak pada pengurangan impedansi pada garis ground publik atau grounding satu titik paralel. Aturan spesifik dalam hal desain garis ground adalah sebagai berikut.

a. Pemisahan antara ground digital dan ground analog

Jika sirkuit analog dan sirkuit linier tersedia pada papan sirkuit, mereka harus diisolasi satu sama lain. Sirkuit frekuensi rendah harus lebih bergantung pada grounding satu titik paralel. Ketika masalah terjadi dalam proses routing praktis, grounding serial dapat diimplementasikan secara parsial sebelum grounding paralel. Sirkuit frekuensi tinggi cenderung bergantung pada grounding serial multi-titik dan garis ground harus pendek dan tebal. Foil tembaga berbentuk grid harus diterapkan secara massal di sekitar komponen frekuensi tinggi.

b. Garis ground harus tebal sebanyak mungkin

Garis ground harus tebal sebanyak mungkin sehingga arus dua kali lebih besar dari arus yang diizinkan PCB dapat melewati untuk meningkatkan resistensi derau. Jika copper pouring diterapkan untuk membuat garis ground, dead copper harus dihindari. Selain itu, tembaga dengan fungsi yang serupa harus dihubungkan satu sama lain melalui kabel tebal sehingga kualitas garis ground dapat dijamin dengan derau berkurang.

c. Loop tertutup yang dibentuk oleh garis ground

Untuk papan sirkuit yang hanya mengandung sirkuit digital, kemampuan resistensi derau dapat ditingkatkan dengan merancang sirkuit grounding menjadi loop lingkaran.

Lapisan PCB dan Desain EMC

• Jumlah Lapisan PCB yang Tepat

Dalam hal jumlah lapisan, PCB satu lapis, PCB dua lapis dan PCB multi-lapisan.

a. PCB satu lapis dan dua lapis berlaku untuk routing kepadatan menengah/rendah atau sirkuit integritas rendah. Berdasarkan pertimbangan biaya manufaktur, sebagian besar produk elektronik konsumen bergantung pada PCB satu lapis atau dua lapis. Namun, keduanya menghasilkan banyak EMI sebagai akibat dari kekurangan struktur mereka dan mereka juga sensitif terhadap gangguan eksternal.

b. PCB multi-lapisan cenderung lebih diterapkan dalam routing kepadatan tinggi dan sirkuit chip integritas tinggi. Oleh karena itu, saat frekuensi sinyal tinggi dengan komponen elektronik tersebar dengan padat, setidaknya PCB 4 lapis harus dipilih. Dalam desain PCB multi-lapisan, power plane dan ground plane harus diatur secara spesifik dengan jarak antara garis sinyal dan garis ground dikurangi. Akibatnya, area loop semua sinyal dapat sangat berkurang. Dari perspektif EMC, PCB multi-lapisan mampu secara efektif mengurangi radiasi dan meningkatkan kemampuan anti-gangguan.

• Desain PCB Satu Lapis

PCB satu lapis biasanya bekerja pada frekuensi rendah beberapa ratus KHz karena banyak kondisi desain frekuensi tinggi terbatas oleh batasan frekuensi rendah seperti kurangnya return dan kondisi kontrol yang diperlukan oleh penutupan lengkap, efek kulit garis yang jelas atau masalah antena magnetis dan loop yang tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, PCB satu lapis cenderung sensitif terhadap gangguan RF seperti listrik statis, pulsa cepat, radiasi atau RF terkonduksi. Dalam desain PCB satu lapis, integritas sinyal dan pencocokan terminal tidak dipertimbangkan. Pertama datang desain garis daya dan ground, kemudian desain sinyal berisiko tinggi yang harus ditempatkan di samping garis ground. Semakin dekat, semakin baik. Terakhir datang desain garis lainnya. Langkah desain spesifik meliputi:
a. Garis daya dan ground harus dipastikan berjalan dengan titik grounding kotak daya dalam jaringan sinyal sirkuit kunci.
b. Garis harus diruting sesuai sub-fungsi dan persyaratan desain harus dipertimbangkan kritis pada komponen sensitif dan terminal serta konektor I/O yang sesuai.
c. Semua komponen dalam jaringan sinyal kunci harus ditempatkan bersebelahan.
d. Saat PCB memerlukan banyak titik grounding, pastikan titik-titik tersebut saling terhubung satu sama lain dan sertakan desain metode koneksi.
e. Untuk routing garis lain, garis dengan kapasitas menahan RF yang lebih tinggi harus menggunakan metode desain mini pass dengan jalur return RF yang jelas melalui cara tersebut.

• Desain PCB Dua/Multi-Lapisan

a. Power plane kunci harus diatur berdekatan dengan ground plane yang sesuai dengan coupling kapasitansi yang dihasilkan. Bekerja sama dengan kapasitor decoupling PCB, power plane kunci bermanfaat untuk pengurangan impedansi pada power plane dengan efek filter yang baik diperoleh.

b. Sinyal kunci pada lapisan yang berdekatan tidak diizinkan melewati zona pemisah untuk mencegah area loop sinyal membesar, mengurangi radiasi intens dan mengurangi sensitivitas gangguan.

c. Sinyal kunci seperti sinyal jam, sinyal frekuensi tinggi dan sinyal kecepatan tinggi memerlukan ground plane berdekatan. Misalnya, sinyal plane yang berdekatan dengan ground plane dapat dianggap sebagai plane optimal untuk routing sinyal sehingga area loop sinyal dan radiasi pelindung dapat disusutkan.

d. Power plane biasanya harus lebih kecil daripada ground plane biasanya karena konformitas dengan aturan 20H.

Desain EMC untuk PCB berasal dari kompleksitas teknik, pengetahuan dan pengalaman. Semua aturan desain yang tercantum dalam artikel ini bertujuan untuk memberikan pedoman fundamental dan konseptual bagi insinyur untuk memastikan kesuksesan pertama mereka dalam desain EMC. Sebagaimana kenyataannya, desain EMC yang baik meminta insinyur untuk mempertimbangkan sebanyak mungkin elemen dalam desain papan dan insinyur harus tahu apa itu dan bagaimana bereaksi padanya.

Sumber Manfaat:
• Pengantar yang paling komprehensif tentang alat otomatis EMI dan EMC
• Pengaruh Tata Letak PCB terhadap Performa EMC Produk Elektronik
• Aturan Desain Partisi PCB untuk Peningkatan EMC
• Desain PCB untuk Sirkuit Radio Frekuensi dan Kompatibilitas Elektromagnetik
• Tiga Pertimbangan Desain Memastikan EMC PCB Laptop
• Layanan Manufaktur PCB Fitur Penuh dari PCBCart - Pilihan Tambahan Nilai Banyak
• Layanan Assembly PCB Lanjutan dari PCBCart - Mulai dari 1 potong