EMC, singkatan bagi Electro-Magnetic Compatibility, merujuk kepada satu keadaan kewujudan bersama di mana peranti elektronik mampu melaksanakan fungsi masing-masing dalam persekitaran elektromagnet yang sama. Secara ringkas, EMC membolehkan peranti elektronik berfungsi secara bebas dan normal tanpa gangguan antara satu sama lain, iaitu peranti elektronik tersebut boleh serasi antara satu sama lain dalam keseluruhan sistem. Oleh kerana EMC dicapai dengan mengawal EMI (Electro-Magnetic Interference), ia berkembang seiring dengan satu siri kajian berkaitan EMI seperti pengenalan EMI, penyelidikan tentang EMI, penyelesaian anti-EMI dan pengurusan EMI.
Prinsip Asas EMC
Untuk mengurangkan gangguan antara isyarat digital dan isyarat analog, anda perlu mengetahui dua prinsip asas EMC terlebih dahulu.
Prinsip 1: Luas gelung litar harus DIMINIMUMKAN.
Prinsip 2: Hanya SATU satah rujukan sahaja boleh digunakan dalam sesuatu sistem.
Sebaik sahaja Prinsip 1 gagal dipatuhi dan isyarat perlu melalui kawasan gelung yang besar, satu antena gelung besar akan terhasil. Namun, sebaik sahaja Prinsip 2 gagal dipatuhi dan dua satah rujukan tersedia, satu antena dipol akan terbentuk. Tiada satu pun daripada hasil ini adalah seperti yang diharapkan.
Peraturan dan Aplikasi Pembahagian PCB Isyarat Campuran
Adalah disarankan bahawa tanah digital dan tanah analog pada papan isyarat campuran yang sama hendaklah dipisahkan bagi mencapai pengasingan antara keduanya. Walaupun penyelesaian ini boleh dilaksanakan, banyak isu terpendam akan timbul, yang menjadi lebih ketara terutamanya dalam sistem berskala besar. Masalah utama terletak pada hakikat bahawa pengesanan (tracing) gagal ditetapkan merentasi pemisahan antara tanah digital dan tanah analog. Dengan pengesanan ditetapkan merentasi pemisahan tersebut, kedua-dua sinaran elektromagnet dan gangguan silang isyarat akan meningkat dengan mendadak. Yang palingisu yang biasa dilihat dalam reka bentuk PCBterletak pada berlakunya EMI disebabkan oleh talian isyarat yang melintasi pembahagian tanah atau kuasa.
Rajah 1 di bawah menggambarkan situasi yang diperkenalkan di atas.
Berdasarkan kaedah pemisahan ini, talian isyarat perlu merentasi pemisahan antara tanah digital dan tanah analog. Jadi, bagaimana rupa laluan balik litar isyarat? Andaikan bahawa dua tanah yang terpisah disambungkan bersama pada satu titik dan dalam keadaan ini, satu gelung besar akan terhasil oleh litar tanah. Selepas itu,litar frekuensi tinggimengalir merentasi gelung besar akan menyebabkan berlakunya gelung besar dengan kapasitans tanah yang tinggi dan sinaran terhasil. Jika litar analog aras rendah mengalir merentasi gelung besar, ia akan mudah diganggu oleh isyarat luaran. Keadaan paling teruk akan berlaku apabila tanah terpisah disambungkan dengan kuasa, satu gelung litar yang amat besar akan terbentuk. Selain itu, satu antena dipol akan terbentuk apabila tanah analog dan tanah digital disambungkan bersama melalui wayar yang panjang. Oleh itu, jurutera harus mengetahui laluan dan kaedah litar balik dalam isyarat campuranPengoptimuman reka bentuk PCB. Walau bagaimanapun, ramai jurutera melihat laluan aliran litar isyarat tanpa memikirkan laluan khusus litar tersebut. Jika satah bumi perlu dibahagikan dan jejak perlu disusun merentasi bahagian yang terpisah itu, sambungan titik tunggal boleh terlebih dahulu dilaksanakan antara dua bumi yang terpisah dengan membentuk jambatan supaya laluan balik arus terus disediakan di bawah setiap talian isyarat dengan kawasan gelung yang kecil terbentuk, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.
Penggunaan peranti pengasingan optik atau pengubah (transformer) juga boleh menghantar isyarat merentasi pemisahan. Bagi peranti pengasingan optik, isyarat optik yang merentasi pemisahan. Bagi pengubah, medan magnet yang merentasi pemisahan. Kaedah lain yang boleh digunakan terletak pada penggunaan isyarat pembezaan. Isyarat mengalir ke dalam satu talian sambil kembali melalui satu lagi talian isyarat. Dalam keadaan ini, bumi (ground) tidak diperlukan sebagai laluan balik.
Pembahagian berpecah boleh digunakan dalam tiga keadaan berikut:
Keadaan 1: Sesetengah peralatan perubatan memerlukan arus bocor yang rendah antara litar yang disambungkan kepada pesakit dan sistem.
Keadaan 2: Input daripada beberapa peralatan kawalan proses industri mungkin disambungkan dengan peranti elektromekanikal yang mempunyai hingar dan kuasa tinggi.
Keadaan 3:Susun atur PCBmengalami batasan tertentu.
Kuasa digital dan analog bebas biasanya tersedia pada PCB isyarat campuran dan satah kuasa terpisah boleh dan sepatutnya digunakan. Walau bagaimanapun, talian isyarat yang berhampiran rapat dengan satah kuasa tidak boleh merentasi pemisahan antara kuasa dan semua talian isyarat yang merentasi pemisahan ini mesti berhampiran dengan satah pengalir yang mempunyai kawasan besar. Dalam sesetengah keadaan, isu pemisahan yang berkaitan dengan satah kuasa boleh dielakkan dengan mereka bentuk kuasa analog sebagai wayar sambungan PCB dan bukannya hanya sebagai satu satah.
Kaedah Susun Atur Rata Bumi dan Aplikasi PCB Isyarat Campuran
Untuk membincangkan gangguan yang ditinggalkan oleh isyarat digital pada isyarat analog, sifat arus frekuensi tinggi perlu difahami terlebih dahulu. Arus frekuensi tinggi sentiasa bergantung pada laluan dengan impedans minimum (induktans terendah) dan terletak betul-betul di bawah isyarat. Akibatnya, laluan balik akan mengalir merentasi satah litar persekitaran tanpa mengira sama ada satah ini ialah satah kuasa atau satah bumi. Dalam operasi praktikal, satah bumi cenderung digunakan dengan papan litar dibahagikan kepada bahagian analog dan bahagian digital. Isyarat analog diletakkan dalam bahagian analog bagi semua satah manakala isyarat digital dalam kawasan litar digital. Dalam keadaan ini, arus balik isyarat digital tidak akan mengalir ke bumi isyarat analog. Selagi bentangan isyarat digital dijalankan di atas bahagian analog atau bentangan isyarat analog dijalankan di atas bahagian digital dalam PCB, gangguan yang dihasilkan oleh isyarat digital pada isyarat analog akan terhasil.
Kejadian masalah sedemikian bukan berpunca daripada ketiadaan pemisahan tanah (ground) tetapi daripada susun atur isyarat digital yang tidak sesuai. Dalam reka bentuk PCB, penggunaan satah tanah, pembahagian mengikut litar digital dan litar analog serta susun atur isyarat yang munasabah biasanya membantu menyelesaikan masalah sukar yang berkaitan dengan susun atur dan pembahagian. Selain itu, beberapa masalah berpotensi yang disebabkan oleh pemisahan tanah dapat dielakkan. Hasilnya, susun atur komponen dan pembahagian menjadi unsur utama yang menentukan kualiti reka bentuk PCB. Jika susun atur dan pembahagian cukup sesuai, arus dalam tanah digital akan dihadkan dalam bahagian digital pada papan litar dengan isyarat analog dihalang daripada diganggu. Susun atur untuk keadaan sedemikian perlu diperiksa dan disemak dengan teliti bagi memastikan peraturan susun atur dipatuhi sepenuhnya. Jika tidak, susun atur talian isyarat yang tidak sesuai sekalipun berkemungkinan menyebabkan kerosakan keseluruhan papan litar.
Apabila pin tanah analog dan tanah digital penukar A/D disambungkan bersama, kebanyakan pengeluar penukar A/D akan mencadangkan supaya pin AGND dan DGND disambungkan kepada tanah yang sama dengan impedans rendah melalui laluan yang paling pendek. Ini kerana pin-pin tersebut tidak disambungkan di dalam kebanyakan IC penukar A/D dan sebarang impedans luaran yang disambungkan kepada DGND akan menyebabkan lebih banyak hingar digital terganding dengan litar analog di dalam IC melalui kapasitans parasit. Sehubungan itu, kedua-dua pin AGND dan DGND penukar A/D hendaklah disambungkan kepada tanah analog. Namun begitu, ini akan menimbulkan persoalan sama ada tanah analog atau tanah digital yang patut disambungkan kepada terminal pembumian kapasitor nyahganding bagi isyarat digital.
Apabila melibatkan sistem dengan satu penukar A/D tunggal, isu yang diperkenalkan di atas boleh diselesaikan dengan mudah. Dengan tanah diasingkan, bahagian tanah analog dan bahagian tanah digital disambungkan di bawah penukar A/D. Apabila kaedah ini digunakan, jambatan antara dua tanah hendaklah selebar IC dan sebarang talian isyarat tidak sepatutnya merentasi pemisahan tersebut.
Apabila berurusan dengan sistem yang mempunyai beberapa penukar A/D, contohnya 10, bagaimana kita harus menyambungkannya? Jika kita mengikut penyelesaian yang sama seperti yang diperkenalkan di atas, iaitu menyambungkan tanah analog dan tanah digital di bawah penukar A/D, sambungan berbilang titik akan terhasil sehingga pengasingan antara tanah analog dan tanah digital menjadi tidak bermakna. Jika sambungan tidak dilakukan seperti ini, keperluan pengeluar tidak akan dipenuhi. Penyelesaian optimum terletak pada penggunaan tanah seragam yang dibahagikan kepada bahagian analog dan bahagian digital. Susun atur jenis ini bukan sahaja memenuhi keperluan terhadap tanah analog dan tanah digital daripada pengeluar IC yang menuntut impedans rendah di antara kedua-duanya tetapi juga mengelakkan isu berkaitan EMC seperti antena gelung atau antena dipol.
Jika jurutera ragu-ragu tentang penggunaan tanah seragam dalam reka bentuk PCB, susun atur boleh dilaksanakan berdasarkan kaedah pemisahan satah tanah. Dalam proses reka bentuk, papan hendaklah membenarkan penggunaan wayar lompat dengan panjang kurang daripada 0.5 inci atau perintang 0 ohm untuk menyambungkan tanah yang terpisah. Perhatian yang teliti perlu diberikan kepada pembahagian kawasan dan susun atur bagi memastikan tiada talian isyarat digital diletakkan di atas bahagian analog dan sebaliknya. Selain itu, sebarang talian isyarat tidak boleh merentasi pemisahan tanah atau pemisahan bekalan kuasa. Untuk menguji fungsi PCB dan EMC-nya, kedua-dua tanah hendaklah disambungkan melalui perintang 0 ohm atau wayar lompat dan kemudian fungsi papan serta EMC-nya diuji semula. Perbandingan keputusan menunjukkan bahawa dalam semua keadaan, penyelesaian tanah seragam adalah lebih baik daripada penyelesaian tanah terpisah dari segi fungsi dan EMC.
Reka bentuk PCB isyarat campuranadalah satu proses yang rumit. Sebuah PCB perlu dibahagikan kepada bahagian analog dan bahagian digital yang bebas dan penukar A/D perlu diletakkan merentasi bahagian-bahagian tersebut. Untuk mengasingkan kuasa analog dan digital, pemisahan antara satah kuasa terasing tidak boleh disilangi dan talian isyarat yang perlu disilangi hendaklah disusun pada lapisan litar yang bersebelahan dengan kawasan yang luas. Di mana arus laluan balik mengalir dan bagaimana ia mengalir perlu dianalisis supaya susun atur komponen yang sesuai dan peraturan susun atur yang betul dapat dipatuhi. Dalam semua lapisan papan litar, isyarat digital hanya boleh disusun di bahagian digital manakala isyarat analog hanya boleh disusun di bahagian analog.
Kaedah Susun Atur Rata Bumi dan Aplikasi PCB Isyarat Campuran
Jika anda pernah menyiapkan reka bentuk PCB dan memerlukan seseorang untuk membantu menjadikannya papan litar sebenar, sila jangan segan untukhubungi kami untuk penyelesaianKami mempunyai lebih daripada dua dekad pengalaman dalam pembuatan PCB tersuai. Kami memiliki semua yang diperlukan untuk menghasilkan PCB anda dengan semua fungsi yang anda perlukan dengan cepat dan pada kos yang berpatutan.
Keserasian Elektro-Magnet (EMC) membolehkan peranti elektronik wujud bersama secara segerak tanpa gangguan, yang penting dalam reka bentuk PCB isyarat campuran. Dengan penggunaan kaedah seperti mengecilkan kawasan gelung litar dan menggunakan satah rujukan tunggal, jurutera dapat meminimumkan kesan elektromagnet tidak diingini dengan berkesan. Pembahagian berkesan bahagian analog dan digital serta reka bentuk satah bumi yang berkesan mengasingkan gangguan crosstalk dan hingar, sekali gus meningkatkan integriti isyarat dan prestasi sistem.
Jika anda mempunyai reka bentuk PCB yang telah siap dan memerlukan bantuan pakar untuk merealisasikannya, PCBCart sedia membantu anda. Dengan lebih dua dekad pengalaman dalam pembuatan PCB tersuai, kami mempunyai kemahiran dan kepakaran untuk menghasilkan PCB anda dengan cepat dan pada kos yang berpatutan. Kami menitikberatkan kualiti dan ketepatan bagi memastikan papan anda memenuhi semua keperluan fungsi, sekali gus memberikan prestasi yang stabil. Hubungi PCBCart hari ini dan alami peralihan yang lancar daripada reka bentuk ke pengeluaran.
Dapatkan Sebut Harga Susun Atur & Reka Bentuk PCB yang Pantas dan Percuma daripada PCBCart
Sumber yang Berguna
•Pengenalan Paling Komprehensif tentang Alat Automasi EMI dan EMC
•Memastikan Kejayaan Kali Pertama dalam Reka Bentuk EMC PCB
•Pengaruh Susun Atur PCB terhadap Prestasi EMC Produk Elektronik
•Masalah Aplikasi Teknologi EMC dalam Reka Bentuk PCB Peranti Elektronik dan Strateginya
