Sebagai sebuah platform untuk komponen yang aplikasinya dapat dilaksanakan dengan baik dalam produk elektronik, PCB (Papan Litar Bercetak) memainkan peranan utama sebagai sambungan elektrik antara komponen dan menjadi asas dalam peranti atau peralatan elektronik. Oleh itu, prestasi dan kualitinya secara langsung menentukan prestasi produk elektronik. Seiring dengan perkembangan pesat teknologi mikroelektronik, banyak produk elektronik cenderung berfungsi bersama-sama sehingga gangguan antara produk tersebut semakin meningkat. Selain itu, peningkatan kepadatan PCB menyebabkan kualiti reka bentuk PCB memainkan peranan kritikal dalam menentukan tahap gangguan dan keupayaan rintangan gangguan. Hasilnya, selain pemilihan komponen dan reka bentuk litar, susun atur komponen dan pendawaian yang cemerlang juga menyumbang kepada reka bentuk EMC (Keserasian Elektromagnet) PCB jika litar dikehendaki mencapai prestasi optimum.
EMC merujuk kepada keupayaan peranti atau sistem untuk berfungsi secara normal dalam persekitaran elektromagnet sambil mengelakkan penjanaan gangguan elektromagnet yang tidak boleh diterima kepada peranti atau sistem sekeliling. Gangguan elektromagnet terbentuk disebabkan oleh pelbagai faktor yang secara utamanya dirumuskan sebagai frekuensi kerja yang luar biasa tinggi atau susun atur atau pendawaian yang tidak boleh diterima. Dalam konteks frekuensi radio (RF) tinggi yang tidak dapat dielakkan, pereka bentuk harus menumpukan perhatian pada susun atur komponen, pendawaian, reka bentuk kuasa dan pembumian ketika melaksanakan reka bentuk PCB demi mengambil kira EMC. Selain itu, untuk PCB dengan bilangan lapisan yang berbeza, elemen reka bentuk yang berbeza perlu dipertimbangkan untuk mencapai prestasi optimum.
Sumber Gangguan
• Arus Mod Pembezaan dan Arus Mod Umum
a. Penghantaran mod pembezaan dan penghantaran mod sepunya
Sebarang litar mengandungi arus mod biasa (CM) dan arus mod beza (DM). Kedua-duanya menentukan tahap penghantaran RF. Sebenarnya, terdapat perbezaan yang sangat besar antara keduanya. Apabila sepasang wayar atau jejak dan satu sumber rujukan balik disediakan, mana-mana jenis arus akan wujud. Secara umum, isyarat DM membawa data atau maklumat berguna. Mod biasa, walau bagaimanapun, menyebabkan kebanyakan masalah kepada EMC sebagai kesan negatif arus DM. Penghantaran DM biasanya ditakrifkan sebagai penghantaran dari talian ke talian manakala penghantaran CM biasanya ditakrifkan sebagai penghantaran dari talian ke bumi. Keamatan medan maksimum yang dijana oleh gelung tertutup boleh dikira dengan formula
.Emerujuk kepada keamatan medan maksimum (μV/m);rmerujuk kepada jarak antara gelung tertutup dan antena pengukur (m);fmerujuk kepada frekuensi (MHz);Sayasmerujuk kepada arus semasa (mA); A merujuk kepada luas gelung (cm²).
Berdasarkan formula di atas, ia jelas menunjukkan bahawa keamatan medan adalah berkadar terus dengan luas gelung. Untuk mengurangkan aras penghantaran DM (TL), luas gelung hendaklah dikecilkan selain daripada pengurangan arus sumber.
Sinaran CM terhasil daripada penurunan voltan yang menyebabkan voltan pembumian separa menjadi lebih tinggi daripada voltan pada bumi rujukan. Kabel yang disambungkan dengan sistem pembumian berpengaruh dianggap sebagai antena yang merupakan komponen sinaran CM. Komponen medan jauh boleh digambarkan oleh formula
,Kmerujuk kepada pekali penghantaran;Sayamerujuk kepada arus CM (A);lmerujuk kepada panjang kabel (m);fmerujuk kepada frekuensi penghantaran (MHz);rmerujuk kepada jarak (m).
Formula ini dengan jelas menunjukkan bahawa keamatan medan berkadar terus dengan panjang kabel. Pengurangan penghantaran CM bergantung pada penurunan arus CM dan pemendekan panjang kabel.
b. Penukaran antara CM dan DM
DM dan CM boleh saling ditukar apabila dua talian isyarat dengan impedans berbeza tersedia. Impedans ini terutama ditentukan oleh wayar atau kapasitor dan induktor berbentuk sikat yang berkaitan dengan pengesanan fizikal. Untuk pengesanan pada kebanyakan PCB, kapasitans dan induktans parasit perlu dikawal dengan baik sehingga ke tahap minimum supaya CM dan DM dapat dielakkan daripada terhasil. Oleh itu, litar yang sensitif terhadap persekitaran perlu mencapai keseimbangan melalui kaedah tertentu supaya wayar atau kapasitans berbentuk sikat bagi setiap konduktor adalah setara dengan kapasitans parasit.
c. Kaedah umum untuk menghentikan gangguan CM dan DM
Garis panduan asas untuk menghentikan arus CM dan DM serta gangguan RF terletak pada pengimbangan kapasiti arus atau peminimuman kapasiti arus. Apabila arus mengalir dalam jejak, garis daya magnet terhasil, yang membawa kepada berlakunya medan elektrik. Kedua-dua medan ini berupaya memancarkan tenaga RF. Jika garis daya magnet diimbangi atau dikurangkan ke tahap minimum, tenaga RF tidak akan wujud lagi, yang akhirnya akan menghentikan gangguan. Langkah atau peraturan khusus yang boleh dipatuhi akan dibincangkan dalam bahagian seterusnya artikel ini.
• Crosstalk
Sebagai elemen penting dalam reka bentuk PCB, gangguan silang perlu dipertimbangkan dengan teliti dalam setiap pautan sepanjang keseluruhan proses. Gangguan silang merujuk kepada gandingan elektromagnet tidak diingini antara jejak, pin, kelompok kabel, komponen atau komponen elektronik lain yang cenderung dipengaruhi oleh gangguan elektromagnet.
Sebagai pendekatan penghantaran EMI (Gangguan Elektromagnet) yang terkemuka, crosstalk cenderung menyebabkan gangguan antara jejak. Crosstalk boleh diklasifikasikan kepada gandingan kapasitans dan gandingan induktans. Yang pertama biasanya berpunca daripada hakikat bahawa jejak terletak di atas jejak lain atau satah rujukan. Yang kedua biasanya berpunca daripada jejak yang secara fizikal berdekatan antara satu sama lain. Apabila melibatkan jejak selari, crosstalk mempunyai dua mod: hadapan dan belakang. Untuk PCB, crosstalk belakang lebih wajar dipertimbangkan berbanding crosstalk hadapan. Dalam litar, semakin besar impedans antara kuasa dan jejak yang terganggu, semakin tinggi tahap crosstalk. Crosstalk induktans boleh dikawal dengan menambah jarak tepi-ke-tepi antara jejak dan talian penghantaran atau lead, atau meminimumkan jarak antara jejak dan satah rujukan.
• Analisis Spektrum Isyarat Digital
a. Isyarat digital
Atribut isyarat digital ialah gelombang segi empat dan isyarat gelombang segi empat terdiri daripada gelombang asas dan banyak gelombang sinus harmonik. Transformasi Fourier boleh digunakan untuk mendapatkan bentuk gelombang julat frekuensi isyarat digital. Oleh itu, semakin pendek tempoh ulangan denyut, semakin tinggi frekuensi ulangannya dan begitu juga frekuensi harmoniknya. Secara teori, masa naik gelombang segi empat adalah sifar sehingga kandungan harmoniknya adalah tak terhingga. Namun begitu, ia merupakan bentuk gelombang trapezoid dengan kedua-dua tepi naik dan tepi turun.
b. Penukaran domain masa denyut dan domain frekuensi (transformasi Fourier)
Transformasi Fourier menyebabkan denyut segi empat diuraikan kepada gelombang kosinus atau sinus, mematuhi formula
Dalam persamaan ini,IKLANnmerujuk kepada amplitud bagi setiap gelombang kosinus;nmerujuk kepada kiraan gelombang harmonik;wmerujuk kepada frekuensi sudut.
• Nyahgandingan dan Pembumian
a. Reka bentuk nyahgandingan
Terdiri daripada induktor dan kapasitor, penapis laluan rendah mampu menapis isyarat gangguan frekuensi tinggi. Induktans parasit pada talian akan memperlahankan bekalan kuasa sehingga arus keluaran peranti pemacu akan menurun. Penempatan kapasitor nyahganding yang sesuai dan penggunaan fungsi penyimpanan tenaga induktor dan kapasitor membolehkan arus dibekalkan kepada peranti pada saat hidup dan mati. Dalam gelung DC, perubahan beban akan menimbulkan hingar kuasa. Konfigurasi kapasitor nyahganding boleh menghalang hingar daripada terhasil akibat perubahan beban.
b. Reka bentuk pembumian
Bagi peranti elektronik, pembumian ialah kaedah penting untuk mengawal gangguan. Jika pembumian digabungkan dengan betul dengan langkah perlindungan pengaliran (shielding), kebanyakan masalah gangguan akan dapat diselesaikan.
• Susun atur komponen dan penghalaan
Susun atur litar secara langsung menentukan tahap gangguan elektromagnet dan keamatan keupayaan rintangan gangguan. Susun atur yang sesuai bukan sahaja meningkatkan kecekapan litar, malah turut menambah baik EMC bagi keseluruhan sistem. Semakin tinggi frekuensi kerja unit litar, semakin tinggi kelajuannya dan semakin pelbagai spektrum isyaratnya. Akibatnya, semakin tinggi perkadaran komponen frekuensi tinggi, semakin kuat gangguannya. Dari perspektif frekuensi, yang pertama ialah litar frekuensi tinggi, kemudian litar frekuensi sederhana dan akhirnya litar frekuensi rendah. Namun dari perspektif kelajuan logik, yang pertama ialah litar kelajuan tinggi, kemudian litar kelajuan sederhana dan akhirnya litar kelajuan rendah. Selaras dengan teori tersebut, susun atur litar hendaklah dilaksanakan mengikut reka bentuk berikut.
Selain daripada pengelasan mengikut kekerapan atau kelajuan, fungsi dan jenis juga boleh digunakan sebagai piawaian pengelasan. Langkah terperinci yang perlu diambil akan dibincangkan dalam bahagian selebihnya artikel ini tidak lama lagi. Teruskan membaca dan anda akan mendapatkannya dengan lebih terperinci.
Peraturan Reka Bentuk PCB untuk EMC
Memandangkan punca gangguan yang menyebabkan kerosakan kepada prestasi EMC litar telah dikenal pasti, peraturan reka bentuk yang sepadan bagi keperluan EMC perlu dirangka untuk menangani punca-punca tersebut. Berikut ialah peraturan reka bentuk PCB untuk mencapai kejayaan EMC.
• Susun Atur Permukaan
a.Saiz PCB perlu diambil kira. Apabila berdepan dengan papan yang bersaiz luar biasa besar, jejak litar perlu dipanjangkan dengan impedans meningkat, rintangan hingar berkurang dan kos pembuatan meningkat. Apabila berdepan dengan papan yang bersaiz luar biasa kecil, masalah akan timbul bagi pelesapan haba dan crosstalk cenderung berlaku antara jejak bersebelahan. Saiz PCB yang disyorkan ialah bentuk segi empat tepat dengan nisbah antara panjang dan lebar 3:2 atau 4:3. Selain itu, apabila saiz papan melebihi 200mm*150mm, kekuatan mekanikal yang disokong oleh papan perlu dipertimbangkan. Oleh itu, adalah sangat penting untuk anda mengetahui had pengeluar PCB anda terhadap dimensi papan. Sebagai contoh, PCBCart boleh mencetak papan litar dengan saiz minimum 6*6mm dan maksimum 600*700mm. Semak itspembuatan PCB tersuaikeupayaan untuk maklumat lanjut.
b.Pembahagian perlu dipertimbangkan dengan teliti untuk reka bentuk susun atur komponen. Litar digital, litar analog dan sumber hingar hendaklah diletakkan secara berasingan pada papan dan litar frekuensi tinggi hendaklah diasingkan daripada litar frekuensi rendah. Selain itu, perhatian perlu diberikan kepada pengagihan komponen dengan isyarat kuat dan lemah serta isu arah penghantaran isyarat.
c.Susun atur hendaklah berpusat pada komponen teras dalam setiap litar fungsi bagi memastikan komponen diletakkan dengan kemas dan padat sepanjang arah yang sama. Untuk mengelakkan pembentukan gandingan antara isyarat, komponen yang mudah dipengaruhi oleh gangguan tidak seharusnya diletakkan bersebelahan.
d.Komponen isyarat sensitif hendaklah diletakkan jauh daripada peranti kuasa dan berkuasa tinggi, dan talian isyarat sensitif sama sekali tidak dibenarkan merentasi peranti berkuasa tinggi. Komponen yang sensitif terhadap haba hendaklah diletakkan jauh daripada peranti terma manakala komponen yang sensitif terhadap suhu hendaklah diletakkan di kawasan dengan suhu paling rendah.
e.Jarak antara komponen dengan perbezaan potensi yang tinggi hendaklah diperbesarkan bagi mengelakkan kemungkinan berlakunya litar pintas. Selain itu, komponen berkuasa tinggi hendaklah diatur di tempat yang tidak dapat dicapai oleh sentuhan tangan semasa pengujian dan melalui perlindungan penebatan.
f.Lubang tembus akan membawa kapasitans teragih sebanyak 0.5pF, jadi pengurangan lubang tembus adalah bermanfaat untuk peningkatan kelajuan operasi.
•Susun Atur Komponen
a.Berbanding dengan komponen diskret, komponen IC harus diberi keutamaan dalam pemilihan kerana kelebihannya seperti pembungkusan yang baik, bilangan sambungan pateri yang lebih sedikit dan kadar kegagalan yang rendah. Selain itu, peranti dengan cerun isyarat yang agak perlahan harus dipilih supaya bahagian frekuensi tinggi yang dijana oleh isyarat dapat dikurangkan. Penggunaan peranti pemasangan permukaan dapat mengurangkan panjang jejak dengan impedans berkurang dan EMC dipertingkatkan.
b.Komponen harus diletakkan berdasarkan pengelasan yang sama. Komponen yang tidak serasi harus diletakkan secara berasingan untuk memastikan komponen tidak mengganggu antara satu sama lain dalam ruang.
c.Komponen yang beratnya melebihi 15g tidak sepatutnya melalui proses pematerian sehingga ia telah dipasang dengan sokongan. Komponen yang besar dan berat serta menjana banyak haba tidak sepatutnya dipasang pada papan; sebaliknya, ia perlu dipasang pada papan bawah kotak siap. Selain itu, pelesapan haba mesti dipastikan dan komponen yang sensitif terhadap haba hendaklah diletakkan jauh daripada komponen yang menjana haba.
d.Apabila melibatkan komponen boleh laras seperti potensiometer, gegelung induktans boleh laras, kapasitor berubah dan suis mikro, keperluan struktur keseluruhan sistem perlu dipertimbangkan. Komponen tersebut hendaklah diletakkan pada papan litar jika pelarasan dalaman diperlukan manakala ia hendaklah diletakkan pada kedudukan yang serasi dengan papan mesin jika pelarasan luaran diperlukan.
• Reka bentuk penghalaan
Peraturan penghalaan umum mematuhi urutan berikut:
Selain daripada peraturan penghalaan umum itu, beberapa butiran tidak boleh diabaikan sama sekali:
a.Untuk meminimumkan gangguan radiasi, PCB berbilang lapisan hendaklah direka bentuk dengan lapisan dalaman ditakrifkan sebagai satah kuasa dan satah bumi supaya impedans litar kuasa dapat dikurangkan dan hingar impedans umum dapat dihentikan dengan penjanaan satah pembumian yang sekata untuk talian isyarat. Ia memainkan peranan penting dalam menghentikan radiasi dengan menambah baik kapasitans teragih antara talian isyarat dan satah pembumian. Lebih banyak nota reka bentuk untuk PCB berbilang lapisan dihuraikan dalam bahagian Lapisan PCB dan Reka Bentuk EMC di bawah.
b.Impedans rendah perlu dikekalkan pada isyarat frekuensi tinggi melalui talian kuasa, talian pembumian dan jejak pada papan litar. Apabila frekuensi kekal begitu tinggi, talian kuasa, talian pembumian dan jejak papan litar semuanya menjadi antena kecil yang bertanggungjawab menerima dan memancarkan gangguan. Untuk mengatasi gangguan sedemikian, berbanding menambah kapasitor penapis, adalah lebih penting untuk mengurangkan impedans frekuensi tinggi yang dimiliki oleh talian kuasa, talian pembumian dan jejak papan litar. Oleh itu, jejak pada papan litar hendaklah pendek dan tebal serta disusun secara sekata.
c.Talian kuasa, talian pembumian dan jejak bercetak hendaklah disusun dengan sewajarnya supaya ia boleh menjadi pendek dan lurus bagi meminimumkan kawasan gelung yang dibentuk oleh talian isyarat dan talian kembali.
d.Penjana jam hendaklah diletakkan sedekat mungkin dengan peranti jam.
e.Sarung pengayun kristal kuarza hendaklah disambungkan ke bumi.
f.Domain jam hendaklah dikelilingi oleh garisan pembumian dan garisan jam hendaklah sesingkat yang mungkin.
g.Garis putus dengan sudut 45° dan bukannya 90° harus digunakan pada papan litar untuk mengurangkan penghantaran dan gandingan isyarat frekuensi tinggi.
h.Sambungan titik tunggal dengan kuasa dan sambungan titik tunggal dengan tanah hendaklah digunakan pada PCB satu lapisan dan PCB dua lapisan. Kedua-dua talian kuasa dan talian pembumian hendaklah dibuat setebal yang mungkin.
i.Litar pemacu I/O hendaklah diletakkan berhampiran penyambung di tepi papan litar.
j.Garis utama hendaklah cuba dibuat tebal dan tanah perlindungan hendaklah ditambah pada kedua-dua belah. Garis berkelajuan tinggi hendaklah pendek dan lurus.
k.Pin komponen hendaklah sesingkat mungkin, terutamanya bagi kapasitor nyahganding dengan menggunakan kapasitor pemasangan tanpa pin.
l.Apabila melibatkan komponen A/D, garisan pembumian dalam bahagian digital dan bahagian analog tidak boleh bersilang.
m.Isyarat jam, bas dan pemilihan cip hendaklah berada jauh daripada talian I/O dan penyambung.
n.Talian voltan analog, terminal voltan rujukan hendaklah dijauhkan daripada talian isyarat litar digital, terutamanya jam.
o.Gangguan adalah lebih kecil apabila talian jam adalah tegak lurus kepada talian I/O berbanding selari dengan talian I/O. Selain itu, pin komponen jam hendaklah berada jauh dari kabel I/O.
p.Jejak tidak seharusnya disusun di bawah kristal kuarza atau peranti yang sensitif terhadap hingar.
q.Gelung arus tidak seharusnya dijana di sekeliling litar isyarat lemah atau litar frekuensi rendah.
r.Sebarang isyarat tidak sepatutnya menghasilkan gelung. Jika gelung perlu disusun, ia hendaklah sekecil mungkin.
• Jejak penghalaan
a.Susun atur selari hendaklah dilakukan pada isyarat semasa dengan keluaran yang sama tetapi arah yang bertentangan untuk menghapuskan gangguan magnet.
b.Ketakselanjaran pada jejak bercetak hendaklah dikurangkan sebanyak mungkin. Contohnya, lebar jejak tidak seharusnya mengalami perubahan mendadak dengan sudut jejak melebihi 90°.
c.EMI cenderung paling banyak dijana oleh talian isyarat jam dan talian isyarat jam hendaklah hampir dengan gelung pembumian dalam proses pendawaian.
d.Pemandu bas harus berada di sebelah bas yang akan dipandu. Apabila melibatkan wayar yang jauh dari PCB, pemandu harus diletakkan di sebelah penyambung.
e.Oleh kerana talian isyarat bagi pendawaian jam, pemacu baris atau pemacu bas biasanya membawa arus surges yang besar, jejak bercetak hendaklah sependek yang mungkin. Bagi komponen diskret, lebar jejak bercetak boleh mencapai kira-kira 1.5mm. Namun bagi IC, lebar jejak bercetak hendaklah antara 0.2mm hingga 1.0mm.
f.Kerajang kuprum kawasan besar harus dielakkan daripada digunakan di sekeliling peranti terma atau plumbum dengan arus besar mengalir melaluinya, jika tidak masalah seperti pengembungan atau tertanggalnya kerajang kuprum mungkin berlaku sekiranya produk berada dalam persekitaran terma untuk jangka masa yang panjang. Jika kerajang kuprum kawasan besar mesti digunakan, adalah lebih baik untuk memanfaatkan grid, yang bermanfaat untuk menyingkirkan gas yang terlepas yang terhasil akibat lekatan terma antara kerajang kuprum dan substrat.
g.Bukaan via di tengah pad hendaklah lebih besar sedikit daripada pin komponen. Pateri kering cenderung berlaku jika pad terlalu besar.
• Reka bentuk kuasa
Reka bentuk kuasa yang tidak sesuai menyebabkan penjanaan hingar yang besar, yang akhirnya mengurangkan prestasi produk. Dua faktor utama menyebabkan kuasa tidak stabil:
#1: Dalam keadaan pensuisan berkelajuan tinggi, arus pertukaran sementara adalah terlalu besar;
#2: Induktans wujud pada arus balik.
Oleh itu, keutuhan kuasa perlu dipertimbangkan sepenuhnya dalam reka bentuk PCB, selain itu peraturan berikut juga harus dipatuhi.
a. Reka bentuk penapisan nyahgandingan kuasa
Jambatan bagi kapasitor nyahganding dengan kapasitans daripada 0.01μF hingga 0.1μF pada dua terminal bekalan kuasa cip IC boleh mengurangkan hingar dan arus lonjakan dengan ketara di seluruh papan. Dengan pampasan arus dipenuhi, lebih rendah kapasitans nyahganding, lebih baik. Pemasangan kapasitor harus digunakan secara optimum kerana induktans plumbumnya yang rendah.
Kaedah paling berkesan untuk menapis kuasa adalah melalui susunan penapis pada wayar bekalan kuasa AC. Untuk mengelakkan wayar saling berkopel atau berlakunya gelung, talian masuk dan keluar penapis hendaklah diarahkan dari kedua-dua belah papan litar dan wayar hendaklah dipendekkan sebanyak mungkin.
b. Reka bentuk perlindungan kuasa
Reka bentuk perlindungan kuasa merangkumi perlindungan lebihan arus, penggera kekurangan voltan, permulaan lembut dan perlindungan lebihan voltan. Perlindungan lebihan arus boleh dicapai dalam bahagian kuasa pada PCB melalui penggunaan fius. Untuk mengelakkan fius daripada menjejaskan modul lain dalam proses ia cair, voltan input juga perlu direka bentuk bagi mengekalkan kapasitans. Untuk mengelakkan lebihan voltan daripada merosakkan komponen secara tidak sengaja, potensi yang sama perlu diwujudkan melalui peranti perlindungan seperti tiub nyahcas dan varistor antara talian agihan dan potensi bumi bagi mencapai perlindungan lebihan voltan.
• Reka bentuk tanah
Bagi peranti dengan keupayaan setara yang mempunyai titik asas keupayaan elektrik, wayar bumi mempunyai ciri keupayaan yang tidak tetap. Perbezaan yang agak besar mungkin dapat diperhatikan apabila menggunakan meter untuk mengukur keupayaan antara titik-titik pada wayar bumi, yang akhirnya akan menyebabkan ralat apabila litar beroperasi.
Punca utama EMI oleh wayar bumi terletak pada impedans pada wayar bumi. Apabila arus mengalir melalui wayar bumi, voltan akan terhasil, yang sebenarnya merupakan hingar bumi. Di bawah pemacuan voltan sedemikian, arus gelung pada wayar bumi akan terhasil, yang seterusnya menjana gangguan gelung bumi. Jika dua litar berkongsi wayar bumi yang sama, penggandingan impedans bersama akan berlaku.
Penyelesaian untuk gangguan gelung bumi merangkumi pemotongan gelung bumi, penambahan impedans gelung bumi dan penggunaan litar seimbang. Kaedah untuk mengatasi gandingan impedans awam terletak pada pengurangan impedans pada wayar bumi awam atau pembumian titik tunggal selari. Peraturan khusus dari segi reka bentuk wayar bumi adalah seperti berikut.
a. Pemisahan antara tanah digital dan tanah analog
Jika kedua-dua litar analog dan litar linear terdapat pada papan litar, ia hendaklah diasingkan antara satu sama lain. Litar frekuensi rendah harus lebih bergantung pada pembumian selari satu titik. Apabila masalah berlaku dalam proses pendawaian sebenar, pembumian siri boleh dilaksanakan sebahagiannya sebelum pembumian selari. Litar frekuensi tinggi cenderung bergantung pada pembumian siri berbilang titik dan wayar pembumian hendaklah pendek dan tebal. Kerajang tembaga berbentuk grid hendaklah digunakan secara meluas di sekeliling komponen frekuensi tinggi.
b. Wayar bumi hendaklah dibuat setebal yang mungkin
Wayar pembumian hendaklah dibuat setebal mungkin supaya arus yang dua kali ganda lebih besar daripada arus boleh terima PCB dapat melaluinya untuk meningkatkan rintangan hingar. Jika tuangan kuprum digunakan untuk membentuk wayar bumi, kuprum mati hendaklah dielakkan. Selain itu, kuprum dengan fungsi yang serupa hendaklah disambungkan antara satu sama lain melalui laluan tebal supaya kualiti wayar bumi dapat dipastikan dengan hingar yang berkurangan.
c. Litar gelung tertutup yang dibentuk oleh wayar bumi
Untuk papan litar yang hanya mengandungi litar digital, keupayaan rintangan hingar boleh ditingkatkan dengan mereka bentuk litar pembumian dalam bentuk gelung bulat.
Reka Bentuk Lapisan PCB dan EMC
• Kiraan Lapisan PCB yang Sesuai
Dari segi bilangan lapisan,PCB satu lapis, PCB dua lapis dan PCB berbilang lapis.
a.PCB satu lapis dan PCB dua lapis sesuai untuk penghalaan berketumpatan sederhana/rendah atau litar berintegriti rendah. Berdasarkan pertimbangan kos pembuatan, kebanyakan produk elektronik pengguna bergantung pada PCB satu lapis atau PCB dua lapis. Walau bagaimanapun, kedua-duanya menghasilkan banyak EMI akibat kecacatan pada struktur mereka dan juga sensitif terhadap gangguan luaran.
b.PCB berbilang lapisan cenderung lebih banyak digunakan dalam penghalaan berketumpatan tinggi dan litar cip berintegriti tinggi. Oleh itu, apabila frekuensi isyarat adalah tinggi dengan komponen elektronik diedarkan pada ketumpatan yang tinggi, PCB sekurang-kurangnya 4 lapisan harus dipilih. Dalam reka bentuk PCB berbilang lapisan, satah kuasa dan satah bumi perlu disusun secara khusus dengan jarak antara talian isyarat dan talian bumi dikurangkan. Hasilnya, kawasan gelung semua isyarat dapat dikurangkan dengan ketara. Dari perspektif EMC, PCB berbilang lapisan berupaya mengurangkan radiasi dengan berkesan dan meningkatkan keupayaan anti-gangguan.
• Reka Bentuk PCB Satu Lapisan
PCB satu lapis biasanya beroperasi pada frekuensi rendah beberapa ratus KHz kerana banyak syarat reka bentuk frekuensi tinggi adalah terhad oleh had frekuensi rendah seperti ketiadaan litar pemulangan RF dan syarat kawalan yang diperlukan oleh penutupan lengkap, kesan kulit talian yang ketara atau isu antena magnet dan gelung yang tidak dapat dielakkan. Oleh itu, PCB satu lapis cenderung sensitif terhadap gangguan RF seperti elektrik statik, denyutan pantas, sinaran atau RF teralir. Dalam reka bentuk PCB satu lapis, integriti isyarat dan pemadanan terminal tidak diambil kira. Pertama ialah reka bentuk wayar kuasa dan tanah, kemudian reka bentuk isyarat berisiko tinggi yang harus diletakkan bersebelahan dengan wayar tanah. Semakin dekat, semakin baik. Akhir sekali ialah reka bentuk talian lain. Langkah reka bentuk khusus termasuk:
a.Wayar kuasa dan bumi mesti dipastikan melalui titik pembumian kotak kuasa dalam rangkaian isyarat litar utama.
b.Jejak hendaklah dihala mengikut sub-fungsi dan keperluan reka bentuk perlu dipertimbangkan secara kritikal pada komponen sensitif serta terminal I/O dan penyambung yang sepadan.
c.Semua komponen dalam rangkaian isyarat kritikal hendaklah diletakkan bersebelahan.
d.Apabila PCB memerlukan berbilang titik pembumian, pastikan titik-titik tersebut saling disambungkan antara satu sama lain dan sertakan reka bentuk kaedah sambungan.
e.Untuk penghalaan talian lain, talian dengan kapasiti lebih tinggi untuk menahan RF harus menggunakan kaedah reka bentuk mini pass dengan laluan balik RF yang jelas sepanjang laluannya.
• Reka Bentuk PCB Dua/ Berbilang Lapisan
a.Satah kuasa utama hendaklah disusun bersebelahan dengan satah bumi yang sepadan supaya kapasitans gandingan terhasil. Dengan kerjasama kapasitor nyahganding PCB, satah kuasa utama membantu mengurangkan impedans pada satah kuasa dan memperoleh kesan penapisan yang sangat baik.
b.Isyarat utama pada satah bersebelahan tidak dibenarkan merentasi zon pemisahan bagi mengelakkan pembesaran gelung isyarat, mengurangkan pancaran kuat dan mengurangkan kepekaan terhadap gangguan.
c.Isyarat utama seperti isyarat jam, isyarat frekuensi tinggi dan isyarat berkelajuan tinggi memerlukan satah bumi yang bersebelahan. Sebagai contoh, satah isyarat yang bersebelahan dengan satah bumi boleh dianggap sebagai satah optimum untuk penghalaan isyarat supaya kawasan gelung isyarat dan sinaran perisai dapat dikecilkan.
d.Pesawat kuasa biasanya harus lebih kecil daripada pesawat bumi kerana mematuhi peraturan 20H.
Reka bentuk EMC untuk PCB berpunca daripada kerumitan teknik, pengetahuan dan pengalaman. Semua peraturan reka bentuk yang disenaraikan dalam artikel ini bertujuan untuk menyediakan panduan asas dan konseptual kepada jurutera bagi memastikan kejayaan pertama mereka dalam reka bentuk EMC. Sebenarnya, reka bentuk EMC yang cemerlang menuntut jurutera mengambil sebanyak mungkin unsur ke dalam pertimbangan reka bentuk papan dan jurutera perlu tahu apakah unsur tersebut dan bagaimana untuk bertindak balas terhadapnya.
Sumber yang Berguna:
•Pengenalan Paling Komprehensif tentang Alat Automasi EMI dan EMC
•Pengaruh Susun Atur PCB terhadap Prestasi EMC Produk Elektronik
•Peraturan Reka Bentuk Pembahagian PCB untuk Penambahbaikan EMC
•Reka Bentuk PCB untuk Litar Frekuensi Radio dan Keserasian Elektromagnetik
•Tiga Pertimbangan Reka Bentuk untuk Memastikan EMC bagi PCB Komputer Riba
•Perkhidmatan Pembuatan PCB Ciri Penuh daripada PCBCart - Pelbagai Pilihan Nilai Tambah
•Perkhidmatan Pemasangan PCB Termaju dari PCBCart - Bermula dari 1 keping
