ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีสารสนเทศ ทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ ทั้งในด้านฟังก์ชัน ประเภท และโครงสร้าง ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ไปในทิศทางของการมีหลายชั้นและความหนาแน่นสูง ดังนั้นจึงต้องให้ความสำคัญอย่างมากกับ EMC (Electromagnetic Compatibility) ในการออกแบบ PCB เนื่องจากการออกแบบ EMC ของ PCB ไม่เพียงแต่ทำให้มั่นใจได้ว่าทุกวงจรบนบอร์ดสามารถทำงานได้ตามปกติและมีเสถียรภาพโดยไม่รบกวนซึ่งกันและกันเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการแพร่กระจายของการแผ่รังสีและการปล่อยสัญญาณรบกวนแบบนำของ PCB ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อป้องกันไม่ให้วงจรถูกรบกวนจากการแผ่รังสีและการนำสัญญาณจากภายนอก การรบกวนคือศัตรูตัวฉกาจของ EMC แต่อย่างไรก็ตาม วิศวกรทั้งหลาย คุณไม่จำเป็นต้องกังวลอีกต่อไปนับตั้งแต่บทความนี้เป็นต้นไป
การจำแนกประเภทการรบกวนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
การรบกวนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท:
1). การรบกวนของเลย์เอาต์หมายถึงสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการจัดวางชิ้นส่วนบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ไม่เหมาะสม
2). การรบกวนจากการซ้อนหมายถึงสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการตั้งค่าที่ไม่เป็นไปตามหลักวิทยาศาสตร์
3). การรบกวนของการกำหนดเส้นทางหมายถึงสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการตั้งค่าระยะห่างระหว่างสายสัญญาณบน PCB สายไฟ และสายกราวด์ไม่เหมาะสม ความกว้างของลายวงจร หรือการออกแบบที่ไม่เป็นวิทยาศาสตร์การเดินลายวงจร PCBวิธี
ในด้านการจำแนกการรบกวนของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) สามารถใช้มาตรการการลดทอนบางประการได้ตามลำดับจากมุมมองของกฎการจัดวาง กลยุทธ์การจัดเรียงชั้น และกฎการเดินลายวงจร ซึ่งส่งผลให้การรบกวนของ PCB ลดลงหรือแม้กระทั่งถูกขจัดออกไป เพื่อให้มั่นใจได้ถึงความสอดคล้องกับมาตรฐานการออกแบบ EMC
มาตรการการระงับสัญญาณรบกวนของ PCB ที่สอดคล้องกันตามการจำแนกประเภท
• มาตรการลดการรบกวนของเลย์เอาต์
สิทธิพิเศษในการหยุดการรบกวนของเลย์เอาต์อยู่ที่ความสมเหตุสมผลการจัดวางแผงวงจรพิมพ์ซึ่งควรเป็นไปตามกฎหกข้อดังต่อไปนี้:
1).ตำแหน่งวงจรของแต่ละโมดูลฟังก์ชันควรถูกกำหนดอย่างเหมาะสมตามตำแหน่งของกระแสสัญญาณ และทิศทางการไหลของกระแสควรถูกคงไว้ให้เหมือนกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
2).ส่วนประกอบหลักในวงจรของโมดูลควรติดตั้งไว้ตรงกลาง และควรทำให้ขาของอุปกรณ์สั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ระหว่างส่วนประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนประกอบความถี่สูง
3).การเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิกับชิปควรดำเนินการให้ห่างจากแหล่งกำเนิดความร้อนมากที่สุด
4).ตำแหน่งของคอนเนคเตอร์ควรกำหนดให้สอดคล้องกับตำแหน่งของคอมโพเนนต์บนบอร์ด คอนเนคเตอร์ควรถูกวางไว้ที่ด้านใดด้านหนึ่งของแผ่น PCB เพื่อป้องกันไม่ให้สายเคเบิลถูกนำออกจากสองด้าน และเพื่อลดการแผ่รังสีของกระแสโหมดร่วม (CM)
5).ไดรเวอร์ I/O ควรอยู่ใกล้กับคอนเน็กเตอร์ให้มากที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการเดินสายสัญญาณ I/O ระยะไกลบนบอร์ด
6).ไม่ควรวางองค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิไว้ใกล้กันเกินไป และส่วนประกอบอินพุตและเอาต์พุตก็ควรอยู่ห่างจากองค์ประกอบเหล่านี้ด้วย
• มาตรการลดทอนการรบกวนจากการซ้อนกัน
อันดับแรก ควรทำความเข้าใจข้อมูลการออกแบบ PCB โดยพิจารณาองค์ประกอบต่าง ๆ อย่างรอบด้าน รวมถึงความหนาแน่นของลายสัญญาณ การจัดประเภทของเพาเวอร์และกราวด์ เพื่อกำหนดกำลังไฟและจำนวนเลเยอร์ที่สามารถรับประกันการทำงานของวงจรได้ คุณภาพของกลยุทธ์การจัดเรียงเลเยอร์ (stacking) มีความสัมพันธ์โดยตรงกับแรงดันชั่วขณะของระนาบกราวด์หรือระนาบเพาเวอร์ และความสามารถในการเป็นเกราะป้องกันทางแม่เหล็กไฟฟ้าของเพาเวอร์และสัญญาณ จากประสบการณ์การออกแบบการจัดเรียงเลเยอร์ในทางปฏิบัติ การออกแบบการจัดเรียงเลเยอร์ควรเป็นไปตามกฎต่อไปนี้:
1).ระนาบกราวด์และระนาบจ่ายไฟควรอยู่ติดกัน และระยะห่างระหว่างกันควรน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
2).ระนาบสัญญาณควรอยู่ชิดกับระนาบกราวด์หรือระนาบจ่ายไฟอย่างแน่นหนา ไม่ว่าจะเป็นชั้นเดียวหรือหลายชั้นก็สามารถใช้ได้
ในกระบวนการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์แบบชั้นเดียวหรือสองชั้น ควรออกแบบสายไฟเลี้ยงและสายสัญญาณอย่างรอบคอบ เพื่อให้ลดพื้นที่ลูปของกระแสไฟเลี้ยง สายกราวด์และสายไฟเลี้ยงควรอยู่ชิดกันอย่างแน่นและจัดให้ขนานกัน สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบชั้นเดียว ควรจัดวางสายกราวด์ป้องกันไว้ทั้งสองด้านของสายสัญญาณที่สำคัญ ด้านหนึ่งมีจุดประสงค์เพื่อลดพื้นที่ลูปของสัญญาณ อีกด้านหนึ่งเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดครอสทอล์กระหว่างสายสัญญาณ
สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์สองชั้น สามารถกำหนดสายดินป้องกันได้เช่นกัน หรือใช้การต่อลงกราวด์แบบพื้นที่ขนาดใหญ่บนระนาบสัญญาณสำคัญ อย่างไรก็ตามการผลิตแผงวงจรพิมพ์และการดีบักการประกอบวงจรทำได้ง่ายและสะดวก แต่ไม่สามารถยอมรับได้ที่จะจำลองแผงวงจรพิมพ์ที่ซับซ้อนโดยตรง เช่น วงจรดิจิทัลและวงจรผสมดิจิทัล-แอนะล็อก เนื่องจากการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ลูปเมื่อไม่มีระนาบอ้างอิง
หากงบประมาณเพียงพอ ขอแนะนำให้ใช้แผงวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multi-layer PCB) ในกระบวนการออกแบบแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นจะต้องปฏิบัติตามกฎสามข้อดังนี้:
1).สำหรับสายสัญญาณที่สำคัญ เช่น สายบัสหรือสายสัญญาณนาฬิกาที่มีการแผ่รังสีรุนแรง และสายที่มีความไวสูง ควรจัดวางลายวงจรให้อยู่ระหว่างระนาบกราวด์สองชั้น หรือให้อยู่บนระนาบสัญญาณที่อยู่ชิดกับระนาบกราวด์อย่างใกล้ชิด ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการลดขนาดพื้นที่ลูปของสัญญาณ ลดความเข้มของการแผ่รังสี และเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวน
2).ควรทำให้มั่นใจว่าการแผ่รังสีที่ขอบอยู่ภายใต้การควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับระนาบกราวด์ที่อยู่ติดกัน ระนาบเพาเวอร์ควรถูกลดขนาดเข้าด้านใน 5 ถึง 20H (โดยที่ H หมายถึงความหนาของไดอิเล็กทริก)
3).หากมีสายสัญญาณความถี่สูงอยู่ระหว่างชั้นล่างสุดและชั้นบนสุด ควรจัดวางให้อยู่ระหว่างชั้นบนสุดและระนาบกราวด์เพื่อป้องกันการแผ่รังสีของสายสัญญาณความถี่สูงออกสู่บรรยากาศ
• มาตรการการระงับการรบกวนของการกำหนดเส้นทาง
เพื่อป้องกันการรบกวน จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้ในด้านการกำหนดเส้นทาง:
1).สายที่ขั้วเอาต์พุตและขั้วอินพุตควรหลีกเลี่ยงการวางขนานกันในระยะทางยาว การรบกวนแบบครอสทอล์กจากการวางสายขนานสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มสายกราวด์หรือเพิ่มระยะห่างระหว่างสาย
2).ความกว้างของการเดินสายไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกะทันหัน มุมควรเป็นส่วนโค้งหรือมีองศา 135°
3).การแผ่รังสีภายนอกของลูปที่มีกระแสไหลจะเพิ่มขึ้น (หรือลดลง) ตามการเพิ่มขึ้น (หรือลดลง) ของพื้นที่ลูป กระแส และความถี่สัญญาณ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องลดพื้นที่ลูปของสายลีดเมื่อมีกระแสไหลผ่าน
4).ควรลดความยาวของลายวงจรและเพิ่มความกว้างของลายวงจรเพื่อช่วยลดอิมพีแดนซ์ของลายวงจร
5).เพื่อให้การเชื่อมต่อสัญญาณรบกวนและการครอสทอล์กระหว่างสายที่อยู่ติดกันมีค่าน้อยที่สุด โปรดดำเนินการแยกสายระหว่างกันเพื่อให้มั่นใจถึงการแยกตัวของการเดินสาย
6).สัญญาณกุญแจแยกวงจรชันท์ควรถูกตั้งค่า และสัญญาณกุญแจเหล่านี้ได้รับการป้องกันโดยวงจรป้องกัน
นอกจากนี้ เมื่อทำการเดินสายสัญญาณ สายไฟ และสายกราวด์ โปรดปฏิบัติตามกฎการเดินสายให้สอดคล้องกับลักษณะและหน้าที่ของแต่ละประเภท
a.ควรจัดวางสายกราวด์สาธารณะไว้ที่ขอบของแผ่น PCB โดยใช้รูปแบบตาข่ายหรือแบบลูป สายกราวด์ควรมีความหนามากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และควรเพิ่มการปิดทับด้วยฟอยล์ทองแดงให้มากขึ้นเพื่อเสริมประสิทธิภาพการป้องกันสัญญาณรบกวน กราวด์แบบอนาล็อกควรถูกแยกออกจากกราวด์แบบดิจิทัล และควรใช้การเชื่อมต่อแบบขนานจุดเดียวในกราวด์ความถี่ต่ำของกราวด์อนาล็อก ส่วนกราวด์ความถี่สูงควรใช้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมหลายจุด ในการเดินสายจริงสามารถผสมผสานการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเข้ากับแบบขนานได้
ข.ควรเพิ่มความกว้างของสายไฟให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้และลดความต้านทานของลูปลง เพื่อให้มั่นใจว่าทิศทางของสายกราวด์และสายไฟสอดคล้องกันกับทิศทางของการส่งข้อมูล สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multi-layer PCB) ควรลดระยะห่างระหว่างสายไฟกับระนาบกราวด์หรือระนาบไฟเลี้ยง ควรจ่ายไฟให้กับแต่ละหน่วยฟังก์ชันอย่างอิสระ และวงจรที่ใช้แหล่งจ่ายไฟร่วมกันควรอยู่ใกล้กันและเข้ากันได้
ค.ควรทำให้เส้นสัญญาณสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อให้มั่นใจได้ว่าลดเส้นทางการคัปปลิงของสัญญาณรบกวน เส้นสัญญาณนาฬิกาและเส้นสัญญาณที่ไวต่อสัญญาณรบกวนควรถูกจัดวางก่อน จากนั้นจึงเป็นเส้นสัญญาณความเร็วสูง และสุดท้ายคือเส้นสัญญาณที่ไม่สำคัญ หากเส้นสัญญาณไม่สามารถเข้ากันได้ ควรดำเนินการแยกกั้นเพื่อหยุดการเกิดสัญญาณรบกวนจากการคัปปลิง การเดินสายสัญญาณสำคัญต้องไม่ข้ามบริเวณแยกหรือแม้แต่พื้นที่ระนาบอ้างอิงที่เกิดจากแผ่นแพดและรูผ่าน ไม่เช่นนั้น พื้นที่ลูปของสัญญาณจะเพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน เพื่อป้องกันการแผ่รังสีที่ขอบ ระยะห่างระหว่างเส้นสัญญาณสำคัญกับระนาบอ้างอิงต้องไม่น้อยกว่า 3H (H หมายถึงความสูงระหว่างเส้นสัญญาณสำคัญกับระนาบอ้างอิง)
สิ่งเดียวที่เราต้องกลัวคือความกลัวเอง สำหรับวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ ในกระบวนการออกแบบ PCB การรบกวนอาจทำให้คุณผิดหวังอยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม ตราบใดที่เรารู้ว่าการรบกวนเกิดจากที่ใดและใช้มาตรการที่มีประสิทธิภาพ การรบกวนก็จะลดลงได้อย่างแน่นอน พร้อมทั้งศักยภาพของ PCB จะถูกนำมาใช้ได้อย่างเต็มที่
เมื่อความซับซ้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มสูงขึ้น ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) ที่ดีในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนที่ทำให้การทำงานเสื่อมประสิทธิภาพลง ด้วยการตระหนักรู้และลดการรบกวนใน PCB ผ่านวิธีการจัดวางเลย์เอาต์ การซ้อนชั้น และการเดินลายวงจร สามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความเชื่อถือได้ของอุปกรณ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ผ่านการดำเนินการที่เหมาะสม สามารถลดการรบกวนให้น้อยที่สุด ทำให้สามารถใช้ศักยภาพของ PCB ได้อย่างเต็มที่และทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงทำงานได้อย่างไร้ข้อบกพร่อง
PCBCart ให้บริการด้านการผลิตและออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบวงจร โดยเน้นด้าน EMC และคุณภาพประสิทธิภาพสูง ด้วยประสบการณ์อันยาวนานและเทคโนโลยีล้ำสมัยของเรา ช่วยให้ได้เลย์เอาต์ที่แม่นยำ การจัดวางชิ้นส่วนที่เหมาะสม และการลดสัญญาณรบกวนที่ยอดเยี่ยม ร่วมเป็นพาร์ตเนอร์กับ PCBCart เพื่อทำให้การออกแบบของคุณเป็นจริง พร้อมยกระดับความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้น ขอใบเสนอราคาจาก PCBCart วันนี้ และทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบด้วยโซลูชันด้านการผลิตและประกอบ PCB จากผู้เชี่ยวชาญของเรา
ขอใบเสนอราคาทันทีสำหรับการออกแบบและจัดวางแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•วิธีการเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนในการออกแบบ PCB
•การวิเคราะห์กลยุทธ์ป้องกันสัญญาณรบกวนและการต่อลงกราวด์สำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•แนวทางการออกแบบเลย์เอาต์ PCB ที่เป็นมิตรต่อวิศวกร ห้ามพลาด
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบทุกฟังก์ชันจาก PCBCart - ตัวเลือกเสริมเพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•บริการประกอบแผงวงจรขั้นสูงจาก PCBCart - เริ่มต้นเพียง 1 ชิ้น
