ตลาดอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันจำเป็นต้องบูรณาการฟังก์ชันความเร็วสูงหลายฟังก์ชันบนแผงวงจรพิมพ์ขนาดเล็ก (PCBS) ไว้ในบอร์ดเดียว นักออกแบบชั้นนำจึงวางสายไฟไว้ใกล้กันมากเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพบรรจุภัณฑ์และพื้นที่ ความใกล้ชิดนี้สามารถนำไปสู่การมีเพศสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าโดยไม่คาดคิด ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Crosstalk (ดูรูปที่ 1)

รูปที่ 1: การแสดงกราฟิกของเส้นที่อยู่ติดกันบน PCB ที่มีปัญหา crosstalk ที่อาจเกิดขึ้น

แม้ว่าบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูงจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่กฎการออกแบบ PCB บางประการที่เกี่ยวข้องกับการเดินสายไฟบน PCB ไม่ควรถูกละเมิด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา crosstalk และการรบกวน/ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI/EMC) ที่อาจเกิดขึ้น

(ในส่วนต่อไปนี้ วลี "เครือข่ายวิกฤต" หมายถึงนาฬิกาความเร็วสูง/สายข้อมูล สายเซ็นเซอร์ที่สำคัญ ฯลฯ บน PCB ขึ้นอยู่กับการใช้งานของ PCB)

กฎข้อที่ 1: เครือข่ายหลักใกล้กับเครือข่าย I/O

สิ่งสำคัญคือต้องดูการเดินสายไฟของเครือข่ายที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับสาย I/O เนื่องจากสัญญาณรบกวนสามารถเชื่อมต่อกับบอร์ดได้อย่างง่ายดายผ่านสาย I/O เหล่านี้ที่เข้าและออกจาก PCB (ดูรูปที่ 2) หรือส่งไปยังบอร์ด บอร์ดอื่นๆ

รูปที่ 2: แผนผังของสถานการณ์จำลองที่เครือข่ายที่สำคัญและเครือข่าย I/O เชื่อมต่อกัน

สัญญาณรบกวนใดๆ ที่เข้าสู่บอร์ดผ่านทางสาย I/O มีศักยภาพที่จะเชื่อมต่อกับเครือข่ายสำคัญที่นำพาสัญญาณข้อมูล/นาฬิกาที่สำคัญ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือปัญหาภูมิคุ้มกันของ PCB (รูปที่ 3A) ในทำนองเดียวกัน สัญญาณความเร็วสูงใดๆ ที่ส่งผ่านเครือข่ายที่สำคัญสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่าย I/O และส่งต่อไปยังโลกภายนอกและไปยังโมดูลอื่นๆ ในระบบผ่านสาย I/O นอกบอร์ดในที่สุด โดยหลักการแล้ว นี่อาจเป็นปัญหาการแผ่รังสีของ PCB (รูปที่ 3B)

รูปที่ 3A (ซ้าย) และ 3B: ปัญหา EMI/EMC ที่อาจเกิดขึ้นซึ่งเกิดจากความใกล้ชิดของเครือข่ายที่สำคัญและ I/O

กฎข้อที่ 2: ความยาวการติดตามวิกฤตที่เปิดเผย

ใน PCBS ความเร็วสูงความยาวคลื่นสั้น (& GT; 100MHz) ความยาวทางไฟฟ้าของเครือข่ายวิกฤตใดๆ (ดูรูปที่ 4a) ก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้เครือข่ายดังกล่าวเป็นแหล่งรังสีที่มีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสัมผัสกับชั้นบนหรือชั้นล่าง รังสีที่ไม่ต้องการนี้สามารถต่อเข้ากับสายเคเบิลที่อยู่ติดกัน แม้กระทั่งกับสายเคเบิลในอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้กับสายเคเบิลก็ตาม เราขอแนะนำให้ฝังเครือข่ายที่สำคัญระหว่างระนาบทึบของชั้นในของ PCB ดังแสดงในรูปที่ 4b ซึ่งจะช่วยปิดสนามจากเส้นและหลีกเลี่ยงการมีเพศสัมพันธ์โดยไม่ได้ตั้งใจในรูปแบบของครอสทอล์คหรือ EMI ถ้าเครือข่ายที่สำคัญเหล่านี้ต้องถูกเปิดเผยในชั้นนอก ความยาวของส่วนที่ถูกเปิดเผยควรมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากยิ่งความยาวของสายไฟที่สัมผัสสั้นลง การแผ่รังสีก็จะน้อยลงเท่านั้น เพราะหากสายไฟมีขนาดเล็กทางไฟฟ้า ก็จะเป็นเสาอากาศที่ไม่มีประสิทธิภาพ

มะเดื่อ 4A (ซ้าย) และ B: ไดอะแกรมของเครือข่ายวิกฤติที่เปิดเผยหรือปิดระหว่างระนาบ

กฎข้อที่ 3: การจับคู่เครือข่ายความแตกต่างที่สำคัญ

ตามทฤษฎี คู่ดิฟเฟอเรนเชียลจะส่งสัญญาณที่มีขนาดเท่ากันแต่มีขั้วตรงกันข้าม เนื่องจาก EMI ที่เกิดจากคู่ดิฟเฟอเรนเชียลจะหักล้างกันหรือแทบไม่มีความสำคัญ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จะใช้ได้ก็ต่อเมื่อเส้นในคู่นั้นมีความยาวเท่ากันและอยู่ใกล้กันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้แบบสมมาตร การละเมิดสิ่งเหล่านี้อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปและปัญหา EMI สิ่งนี้เป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครือข่ายดิฟเฟอเรนเชียลที่มีสัญญาณวิกฤติความถี่สูง เนื่องจาก EMI จะเพิ่มความถี่ของสัญญาณที่ส่งผ่าน รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการเดินสายที่ถูกต้อง/ไม่ถูกต้องของคู่ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแพ็คเกจ IC และจุดออก (ขั้วต่อ) บนแผงวงจร

รูปที่ 5: กลับเส้นทางปัจจุบันด้วยการแยกในระนาบอ้างอิง

การจับคู่เครือข่ายความแตกต่างที่สำคัญ: การจำลองและความสัมพันธ์กับข้อกำหนดการทดสอบจริง

ในตัวอย่าง PCB ในรูปที่ 6A และ 6b เรามีกรณีง่ายๆ ที่มีการต่อคู่ดิฟเฟอเรนเชียลบน PCB ด้วยวิธีที่แตกต่างกันสองวิธี: สมมาตรและอสมมาตร ในทั้งสองกรณี ใน SIwave พวกเขาตื่นเต้นที่ปลายด้านหนึ่งด้วยแหล่งจ่ายแรงดันดิฟเฟอเรนเชียล และเชื่อมต่อที่ปลายอีกด้านหนึ่งด้วยโหลด

รูปที่ 6A (ซ้าย) และ B: ตัวอย่างคู่ดิฟเฟอเรนเชียลสำหรับการเดินสายไฟบน PCB

เราทำการวิเคราะห์ระยะใกล้ในทั้งสองกรณี ใน PCBS ที่มีการเดินสายแบบสมมาตรคู่แบบดิฟเฟอเรนเชียล ระดับสนามใกล้เคียงจะต่ำกว่าการเดินสายแบบอสมมาตร ดังแสดงในรูป 7A และ 7b

มะเดื่อ 7a (ซ้าย) และ B: ใกล้สนาม @ 597.45 MHz พร้อมเครือข่ายคู่ผลต่างแบบสมมาตรและไม่สมมาตร

สมมติว่าเราต้องการทดสอบ PCB ตามข้อกำหนด EMI/EMC AIS 004 (ในอินเดีย) หรือ UNECE R10 (ในยุโรป) ข้อกำหนดการปล่อยรังสี รูปที่ 8 แสดงการวิเคราะห์เปรียบเทียบสนามไกลจำลองที่ระยะห่าง 1 เมตรจาก PCB ในช่วงความถี่ 30 MHz - 1 GHz โปรดทราบว่ากรณีของคู่ผลต่างที่ไม่สมมาตรจะเพิ่มระดับการปล่อยก๊าซประมาณ 8 ถึง 10 dB และยังส่งผลให้ไม่สอดคล้องกับความถี่ 563.50 MHz และความถี่ที่สูงกว่าอีกด้วย

รูปที่ 8: การเปรียบเทียบรังสี 1 เมตร

การจำลองของ SIwave ในระดับ PCB ช่วยให้สามารถระบุปัญหา EMI ดังกล่าวได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ซึ่งสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ PCBS ก่อนที่จะได้รับการออกแบบมาสำหรับการทดสอบทางกายภาพและแม้แต่การจำลองในระดับที่สูงกว่า

Disclaimer: บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก "ป่าอิเล็กทรอนิกส์" บทความนี้เป็นเพียงมุมมองส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น ไม่ได้เป็นตัวแทนของมุมมองของ Sakwei และอุตสาหกรรม ทำซ้ำและแบ่งปันเท่านั้น สนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาของต้นฉบับ และผู้เขียนหากมีการละเมิดโปรดติดต่อเราเพื่อลบ