Công nghệ PCBA - Ảnh hưởng của mặt đất phẳng rãnh trên đặc tính EMC của bảng PCB

Khe phẳng mặt đất là một rãnh trong hình thành bảng mạch PCB (mặt phẳng mặt đất) thường được sử dụng để chứa một số đường tín hiệu hoặc cung cấp đường dẫn trở lại thay thế cần thiết cho bảng nhiều lớp. Hình dạng, kích thước và vị trí của khe cắm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của mạch.

Phân tích ảnh hưởng của rãnh mặt đất trên đặc tính EMC của bảng mạch PCB

Thiết kế rãnh phẳng mặt đất có thể có tác động đáng kể đến hiệu suất tương thích điện từ (EMC) của bo mạch PCB, có thể gây hại hoặc có lợi. Để hiểu rõ hơn về điều này, trước tiên chúng ta cần tìm ra các đặc tính phân phối hiện tại của tín hiệu tốc độ cao và tín hiệu tốc độ thấp trên bảng mạch PCB. Trong trường hợp truyền tốc độ thấp, dòng điện chủ yếu chảy dọc theo con đường có điện trở thấp nhất. Như hình dưới đây cho thấy, khi dòng điện tốc độ thấp chảy từ điểm A đến điểm B, tín hiệu trở lại của nó sẽ được phân phối rộng rãi trên mặt phẳng mặt đất và quay trở lại nguồn. Tại thời điểm này, dòng điện được phân phối tương đối rộng.

Tuy nhiên, trong trường hợp truyền tốc độ cao, hiệu ứng điện cảm trên đường trở lại của tín hiệu sẽ vượt qua hiệu ứng điện trở trở thành yếu tố chi phối. Tín hiệu quay trở lại tốc độ cao sẽ chảy dọc theo con đường trở kháng tối thiểu, tạo thành một bó hẹp và tập trung theo sát các đường tín hiệu bên dưới.

Khi có một mạch không tương thích trên bảng mạch PCB, chiến lược "tách mặt đất" là cần thiết để tránh sự chồng chéo của tín hiệu trả về và khớp nối trở kháng mặt đất chung. Điều này có nghĩa là mặt phẳng mặt đất của điện áp nguồn, tín hiệu kỹ thuật số và tương tự, tín hiệu tốc độ cao và thấp, và tín hiệu hiện tại cao và thấp được tách biệt. Chúng ta có thể dễ dàng hiểu được tầm quan trọng của chiến lược tách mặt đất từ các mô tả trước đây về phân phối dòng trở lại của tín hiệu tốc độ cao và thấp.

Tuy nhiên, cả tín hiệu tốc độ cao và thấp đều có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng khi chúng đi qua các khe hở mở trong mặt phẳng nguồn hoặc mặt đất. Những câu hỏi này bao gồm:

Khe phẳng mặt đất làm tăng diện tích vòng lặp hiện tại, do đó làm tăng độ tự cảm vòng lặp, dẫn đến dạng sóng đầu ra dễ dao động.

Đối với các đường tín hiệu tốc độ cao đòi hỏi phải kiểm soát trở kháng nghiêm ngặt và được định tuyến theo mô hình ribbon, rãnh làm hỏng mô hình ribbon, dẫn đến trở kháng không liên tục, dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng về tính toàn vẹn tín hiệu.

Mặt phẳng mặt đất rãnh làm tăng khả năng bức xạ được phát ra vào không gian xung quanh và làm cho bảng dễ bị nhiễu hơn từ trường không gian.

Việc giảm điện áp tần số cao ở cả hai đầu của cuộn cảm vòng lặp có thể tạo thành một nguồn bức xạ chế độ chung và gây nhiễu bức xạ chế độ chung thông qua cáp bên ngoài.

Rãnh mặt phẳng mặt đất cũng làm tăng nguy cơ nhiễu xuyên âm tín hiệu tần số cao giữa các mạch khác trên bo mạch.

Các nguyên tắc sau đây cần được tuân thủ khi xử lý rãnh mặt đất:

Đối với các đường tín hiệu tốc độ cao đòi hỏi quản lý trở kháng nghiêm ngặt, đường dẫn của chúng phải tránh nghiêm ngặt việc nối dây qua các khu vực phân chia để ngăn chặn sự gián đoạn trở kháng, do đó dẫn đến những thách thức nghiêm trọng về tính toàn vẹn của tín hiệu;

Khi có mạch không tương thích trên bảng mạch PCB, các biện pháp chia sẻ mặt đất nên được thực hiện, nhưng khi làm như vậy, cần đảm bảo rằng các đường tín hiệu tốc độ cao không bị buộc phải đi qua khu vực phân chia, đồng thời giảm thiểu các đường tín hiệu tốc độ thấp đi qua khu vực phân chia;

Nếu thực sự không thể tránh được việc căn chỉnh qua khe phân chia, bạn nên sử dụng sơ đồ cầu nối để xử lý thích hợp;

Cần tránh kết nối bên ngoài với đầu nối khi phân tầng, vì nếu có sự khác biệt đáng kể về tiềm năng giữa các điểm A và B trên hình thành, các vấn đề bức xạ chế độ chung có thể xảy ra thông qua cáp bên ngoài;

Trong thiết kế PCB của đầu nối mật độ cao, trừ khi có nhu cầu đặc biệt, nói chung phải đảm bảo bố trí mỗi chân xung quanh lưới nối đất, hoặc phân bố đều lưới nối đất trong sắp xếp pin để đảm bảo tính liên tục của mặt phẳng nối đất, do đó ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của rãnh.

Mặt đất phẳng rãnh có ảnh hưởng sâu sắc đến hiệu suất EMC của bảng mạch PCB và cần được thiết kế cẩn thận. Tuân theo các nguyên tắc tránh đường cao tốc qua khe, phân phối mặt đất hợp lý, cầu nối và tối ưu hóa bố trí đầu nối khi cần thiết, hiệu suất EMC có thể được cải thiện một cách hiệu quả và đảm bảo sự ổn định và độ tin cậy của sản phẩm.