การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ส่งผลให้มีความหนาแน่นสูงของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งกระตุ้นให้ผู้ออกแบบ PCB ต้องมีความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวน ในกระบวนการออกแบบ PCB ผู้ออกแบบต้องปฏิบัติตามมาตรฐานทั่วไปหลักการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)และข้อกำหนดด้านการป้องกันสัญญาณรบกวน ความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนในการออกแบบ PCB มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความถูกต้องและความเสถียรของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และยังถือเป็นจุดสำคัญของการออกแบบอีกด้วย เมื่อมีการคำนึงถึงข้อกำหนดด้านการป้องกันสัญญาณรบกวนอย่างรอบด้านในขั้นตอนการออกแบบ ก็จะช่วยประหยัดเวลาได้เช่นกัน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องดำเนินการแก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนในภายหลัง
แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มาจากองค์ประกอบต่อไปนี้:
a. แหล่งรบกวนหมายถึงส่วนประกอบ อุปกรณ์ หรือสัญญาณที่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวน เช่น รีเลย์ ไทริสเตอร์ เครื่องจักรไฟฟ้า และสัญญาณนาฬิกาความถี่สูง
b. ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อนหมายถึงวัตถุที่ไวต่อการรบกวนได้ง่าย เช่น ตัวแปลง A/D (D/A), ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบชิปเดี่ยว (SCM), วงจรรวมดิจิทัล เป็นต้น
c. เส้นทางการส่งผ่านหมายถึงเส้นทางหรือสื่อกลางที่สัญญาณรบกวนเดินทางจากแหล่งกำเนิดไปยังองค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณรบกวน ตามเส้นทางการส่งผ่านของสัญญาณรบกวน สามารถแบ่งสัญญาณรบกวนออกเป็นสองประเภทคือ สัญญาณรบกวนแบบการนำ (conduction interference) และสัญญาณรบกวนแบบการแผ่รังสี (radiation interference) ประเภทแรกหมายถึงสัญญาณรบกวนที่ถูกส่งผ่านทางสายไปยังองค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณรบกวน โดยมีแถบความถี่ต่างจากสัญญาณที่เป็นประโยชน์ การส่งผ่านของสัญญาณรบกวนความถี่สูงสามารถลดทอนได้ด้วยการเพิ่มฟิลเตอร์บนสาย และในบางครั้งการเพิ่มออปโตคัปเปลอร์แยกวงจรก็สามารถใช้ได้ สัญญาณรบกวนแบบการแผ่รังสีหมายถึงสัญญาณรบกวนที่ถูกส่งผ่านทางอากาศไปยังองค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณรบกวน วิธีแก้ปัญหาทั่วไปคือเพิ่มระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนกับองค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณรบกวน หรือแยกพวกมันด้วยสายกราวด์
หลักการป้องกันสัญญาณรบกวนในการออกแบบ PCB
หลักการทั่วไปของการป้องกันสัญญาณรบกวนควรประกอบด้วย การยับยั้งแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน การลดทอนเส้นทางการส่งผ่านสัญญาณรบกวน และการเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนขององค์ประกอบที่ไวต่อสัญญาณรบกวน มาตรการเฉพาะของแต่ละหลักการจะแสดงในเนื้อหาต่อไปนี้:
• เพื่อยับยั้งแหล่งรบกวน
a.สำหรับรีเลย์ สามารถใช้มาตรการสองประการเพื่อยับยั้งแหล่งรบกวนได้ แหล่งรบกวนหมายถึงส่วนประกอบ อุปกรณ์ หรือสัญญาณที่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวน เช่น รีเลย์ ไทริสเตอร์ เครื่องจักรไฟฟ้า และสัญญาณนาฬิกาความถี่สูง
1). สามารถเพิ่มไดโอดฟลายแบ็กเข้ากับขดลวดรีเลย์ได้เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับเมื่อปิดขดลวด
2). สามารถต่อวงจรป้องกันประกายไฟแบบขนานกับขาของรีเลย์ได้เพื่อช่วยลดสัญญาณรบกวนจากประกายไฟ
ข.สำหรับเครื่องจักรไฟฟ้า สามารถเพิ่มวงจรกรองเข้าไปได้ โปรดทราบว่าขาของตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ค.สำหรับซิลิคอนคอนโทรลเรคติไฟเออร์ สามารถต่อวงจรรบกวนแบบ RC เข้ากับขาของซิลิคอนคอนโทรลเรคติไฟเออร์เพื่อช่วยลดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากซิลิคอนคอนโทรลเรคติไฟเออร์
d.ควรต่อคาปาซิเตอร์ความถี่สูงในช่วงตั้งแต่ 0.01ΜF ถึง 0.1ΜF เข้ากับไอซีแต่ละตัวบนบอร์ดเพื่อช่วยลดสัญญาณรบกวนที่เกิดจากไอซีต่อแหล่งจ่ายไฟ ทั้งนี้ ในแง่ของการวางลายวงจรของคาปาซิเตอร์ความถี่สูง สายต้องอยู่ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟและควรสั้นและหนา มิฉะนั้น ความต้านทานอนุกรมเทียบเท่าจะเพิ่มขึ้นและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของฟิลเตอร์
• ลดเส้นทางการส่งสัญญาณรบกวน
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มาตรการทั่วไปในการลดเส้นทางการส่งสัญญาณรบกวน ได้แก่:
a.ควรพิจารณาอิทธิพลของแหล่งจ่ายไฟต่อ SCM อย่างรอบด้าน SCM จำนวนมากมีความไวต่อสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟเป็นอย่างมาก จึงควรเพิ่มวงจรกรองหรือวงจรปรับแรงดันไฟฟ้าให้กับแหล่งจ่ายไฟของ SCM เพื่อช่วยลดการรบกวนจากสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟต่อ SCM
ข.หากพอร์ต I/O ใน SCM ถูกใช้เพื่อควบคุมส่วนประกอบสัญญาณรบกวน ควรเพิ่มการแยก (คลื่นฟิลเตอร์รูปตัว Π) ระหว่างพอร์ต I/O และแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวน
ค.ควรให้ความสำคัญกับการเดินสายออสซิลเลเตอร์คริสตัล โดยออสซิลเลเตอร์คริสตัลควรอยู่ใกล้กับขาพินของ SCM และมีสายกราวด์แยกโซนนาฬิกาออกจากส่วนอื่น เปลือกของออสซิลเลเตอร์คริสตัลควรต่อเข้ากับกราวด์เพื่อความเสถียร
ง.บอร์ดควรมีการแบ่งส่วนอย่างเหมาะสมตามสัญญาณแรงหรืออ่อน สัญญาณดิจิทัลหรือแอนะล็อก แหล่งรบกวนเช่น มอเตอร์ไฟฟ้าหรือรีเลย์ควรถูกแยกออกจากชิ้นส่วนที่ไวต่อสัญญาณรบกวน เช่น SCM
อ.ควรใช้สายกราวด์เพื่อแยกโซนดิจิทัลออกจากโซนแอนะล็อก โดยให้กราวด์ดิจิทัลแยกจากกราวด์แอนะล็อก ซึ่งจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับกราวด์ของแหล่งจ่ายไฟที่ปลายด้านหนึ่ง หลักการนี้ยังเหมาะสำหรับการวางลายวงจรของชิป A/D และ D/A ด้วย
f.สายกราวด์ของ SCM และอุปกรณ์กำลังสูงควรต่อเข้ากับกราวด์แยกจากกันเพื่อช่วยลดการรบกวนซึ่งกันและกัน นอกจากนี้ อุปกรณ์กำลังสูงควรถูกวางไว้ที่ขอบของบอร์ด
g.มีการใช้ชิ้นส่วนป้องกันสัญญาณรบกวน เช่น ลูกปัดเฟอร์ไรต์ ท่อเฟอร์ไรต์ ฟิลเตอร์ไฟเลี้ยง และโครงป้องกันสัญญาณรบกวน ในตำแหน่งสำคัญบางจุดบนบอร์ด เช่น พอร์ต I/O ของ SCM สายไฟเลี้ยง และลายวงจรเชื่อมต่อบน PCB เพื่อเพิ่มความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนของวงจรอย่างมาก
• เพื่อเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนของชิ้นส่วนที่มีความไวสูง
นี่หมายถึงมาตรการที่ควรลดการรับสัญญาณรบกวนจากส่วนประกอบที่มีความไวสูงและการฟื้นตัวอย่างรวดเร็วจากสภาวะผิดปกติ มาตรการทั่วไปในการเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนของส่วนประกอบที่มีความไวสูง ได้แก่:
a.ควรขยายพื้นที่ของลูปวงจรให้ใหญ่ขึ้นระหว่างการเดินสายเพื่อช่วยลดสัญญาณรบกวนที่ถูกเหนี่ยวนำ
ข.เมื่อทำการเดินสาย ทั้งสายไฟและสายกราวด์ควรมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจะช่วยลดแรงดันตกคร่อมและลดสัญญาณรบกวนจากการคัปปลิง
ค.พอร์ต I/O ที่ไม่ได้ใช้งานบน SCM ควรเชื่อมต่อกับกราวด์หรือไฟเลี้ยง และพอร์ตที่ไม่ได้ใช้งานของ IC อื่น ๆ ก็ควรเชื่อมต่อเช่นเดียวกันโดยไม่เปลี่ยนแปลงลอจิกของระบบ
d.ควรใช้วงจรตรวจสอบพลังงานและวงจรวอทช์ด็อกบน SCM เพื่อให้สามารถเพิ่มความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนของวงจรทั้งหมดได้อย่างมาก
อีควรเชื่อมชิ้นส่วน IC เข้ากับแผงวงจรโดยตรงแทนการใช้ซ็อกเก็ต IC
ฉ.เนื่องจากความเร็วในปัจจุบันสามารถตอบสนองความต้องการได้แล้ว ควรลดความถี่ของคริสตัลออสซิลเลเตอร์ของไมโครคอนโทรลเลอร์ลง และเลือกใช้วงจรดิจิทัลความเร็วต่ำ
ต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบและการผลิตแผงวงจรพิมพ์ป้องกันสัญญาณรบกวนหรือไม่ วิศวกรของเราพร้อมที่จะห่างกันแค่อีเมลเดียว.
