Pasar elektronik saat ini memerlukan integrasi beberapa fungsi berkecepatan tinggi pada papan sirkuit cetak mini (PCBS) dalam satu papan, sehingga desainer terkemuka menempatkan kabel sangat berdekatan untuk mengoptimalkan kemasan dan ruang. Kedekatan ini dapat menyebabkan penggabungan medan elektromagnetik yang tidak terduga, sebuah fenomena yang dikenal sebagai Crosstalk (lihat Gambar 1).

Gambar 1: Representasi grafis dari garis yang berdekatan pada PCB dengan potensi masalah crosstalk.

Meskipun pengemasan dengan kepadatan tinggi tidak dapat dihindari, aturan desain PCB tertentu yang terkait dengan pengkabelan pada PCB tidak boleh dilanggar untuk menghindari potensi masalah crosstalk dan interferensi/kompatibilitas elektromagnetik (EMI/EMC).

(Pada bagian berikut, frasa "jaringan kritis" mengacu pada jalur jam/data berkecepatan tinggi, jalur sensor penting, dll., pada PCB, bergantung pada aplikasi PCB.)

Aturan 1: Jaringan kunci dekat jaringan I/O

Penting untuk melihat pengkabelan jaringan kritis yang terkait dengan jalur I/O, karena noise dapat dengan mudah digabungkan ke papan melalui jalur I/O yang masuk dan keluar dari PCB (lihat Gambar 2) atau dibawa ke papan lainnya.

Gambar 2: Diagram skema skenario dimana jaringan kritis dan jaringan I/O dihubungkan satu sama lain.

Setiap noise yang masuk ke board melalui jalur I/O berpotensi digabungkan ke jaringan kritis yang membawa sinyal data/clock penting, yang pada dasarnya merupakan masalah kekebalan PCB (Gambar 3A). Dengan cara yang sama, setiap sinyal berkecepatan tinggi yang dibawa oleh jaringan kritis dapat digabungkan ke jaringan I/O dan akhirnya ditransmisikan ke dunia luar dan ke modul lain dalam sistem melalui jalur I/O di luar papan. Pada prinsipnya, ini akan menjadi masalah radiasi pada PCB (Gambar 3B).

Gambar 3A (kiri) dan 3B: Potensi masalah EMI/EMC yang disebabkan oleh kedekatan jaringan kritis dan jaringan I/O

Aturan 2: Panjang jejak kritis yang terbuka

Dalam PCB berkecepatan tinggi dengan panjang gelombang pendek (& GT; 100MHz), panjang listrik dari setiap jaringan kritis (lihat gambar 4a) cukup untuk menjadikannya sumber radiasi yang efektif, terutama bila terkena lapisan atas atau bawah. Radiasi yang tidak diinginkan ini dapat digabungkan ke kabel mana pun yang berdekatan, bahkan ke kabel di perangkat yang dekat dengan kabel tersebut. Kami merekomendasikan untuk mengubur jaringan kritis di antara bidang padat lapisan dalam PCB, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4b. Hal ini membantu menutup lapangan dari garis dan menghindari kopling yang tidak diinginkan dalam bentuk crosstalk atau EMI. Jika jaringan kritis ini harus diekspos pada lapisan luar, panjang bagian yang terekspos harus sekecil mungkin. Hal ini karena semakin pendek panjang kabel yang terbuka, semakin sedikit radiasi yang dipancarkannya, karena jika ukuran listriknya kecil, maka antena tersebut tidak efisien.

Gambar. 4A (kiri) dan B: Diagram jaringan kritis terbuka atau tertutup antar bidang

Aturan 3: Pencocokan jaringan perbedaan kritis

Secara teori, pasangan diferensial mengirimkan sinyal dengan ukuran yang sama tetapi polaritasnya berlawanan, karena EMI yang dihasilkannya saling meniadakan atau dapat diabaikan. Namun, ini hanya berfungsi jika garis-garis pada pasangan tersebut memiliki panjang yang sama dan sedekat mungkin satu sama lain secara simetris. Pelanggaran terhadap salah satu hal ini dapat menyebabkan gangguan mode umum dan masalah EMI. Hal ini menjadi perhatian besar, terutama untuk jaringan diferensial yang membawa sinyal kritis berfrekuensi tinggi, karena EMI meningkatkan frekuensi sinyal yang dibawa. Gambar 5 menunjukkan beberapa contoh pengkabelan dengan cara pasangan beda kritis yang benar/salah antara paket IC dan titik keluar (konektor) pada papan sirkuit.

Gambar 5: Kembalikan jalur saat ini dengan pemisahan pada bidang referensi

Pencocokan jaringan Perbedaan Kritis: Simulasi dan hubungannya dengan persyaratan pengujian sebenarnya

Dalam contoh PCB pada Gambar 6A dan 6b, kita memiliki kasus sederhana di mana pasangan diferensial dihubungkan pada PCB dengan dua cara berbeda: simetris dan asimetris. Dalam kedua kasus, dalam SIwave, mereka tereksitasi di satu ujung oleh sumber tegangan diferensial dan dihubungkan di ujung lainnya oleh beban.

Gambar 6A (kiri) dan B: Contoh pasangan diferensial untuk pengkabelan pada PCB

Kami menjalankan analisis jarak dekat dalam kedua kasus. Dalam PCBS dengan kabel simetris pasangan diferensial, level medan dekat lebih rendah daripada kabel asimetris, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7A dan 7b.

Gambar. 7a (kiri) dan B: Near field @ 597.45 MHz dengan jaringan pasangan beda simetris dan asimetris

Misalkan kita ingin menguji PCB sesuai dengan peraturan EMI/EMC AIS 004 (di India) atau persyaratan emisi radiasi UNECE R10 (di Eropa). Gambar 8 menunjukkan analisis perbandingan simulasi medan jauh pada jarak 1 m dari PCB pada rentang frekuensi 30 MHz -- 1 GHz. Perhatikan bahwa kasus pasangan perbedaan asimetris meningkatkan tingkat emisi sekitar 8 hingga 10 dB dan juga mengakibatkan ketidakpatuhan terhadap frekuensi 563.50 MHz dan lebih tinggi.

Gambar 8: Perbandingan radiasi 1 m

Simulasi SIwave pada tingkat PCB memungkinkan identifikasi awal masalah EMI tersebut, yang dapat membantu mengoptimalkan PCBS sebelum dirancang untuk pengujian fisik dan bahkan simulasi tingkat yang lebih tinggi.

Penafian: Artikel ini dicetak ulang dari "hutan elektronik", artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, tidak mewakili pandangan Sakwei dan industri, hanya direproduksi dan dibagikan, mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual, harap sebutkan sumber aslinya dan penulis, jika ada pelanggaran, harap menghubungi kami untuk menghapus.