Nghiên cứu về tối ưu hóa khả năng tương thích
điện từ của thiết kế bảng mạch in tốc độ cao
Tóm tắt-Trong bài viết này trình bày ba phương pháp tối ưu hóa thiết kế nối đất được
sử dụng để giải quyết vấn đề EMI trên PCB trộn với tín hiệu analog và kỹ thuật số. Một mô
hình được xây dựng để kiểm tra bề mặt hiện tại, trường E, trường H và S-thông số của các
bảng mạch để xem xét ảnh hưởng của các phương pháp tránh vấn đề EMI và SI. Sau đó, thí
nghiệm mô phỏng trên một sản phẩm thực sự được thực hiện để hiển thị các cải thiện sau khi
áp dụng những phương pháp đó.
Từ khóa -high_speed PCB layout; EMC; EMI; spilt ground; SI
I. GIỚI THIỆU
Xu hướng gần đây trong việc sử dụng của các gia đình logic tốc độ cao mạch điện tử
nâng cao EMI (can thiệp điện từ) vấn đề của một sản phẩm PCB. Các tần số cao có thể gây
nhiễu sóng một cách dễ dàng trong một thiết kế không thích hợp chẳng hạn như chuông,
nhiễu xuyên âm, phản xạ và bức xạ. Nếu được bỏ qua, nhiễu có thể ảnh hưởng nghiêm trọng
đến hiệu suất hệ thống. Trong thiết kế PCB, các nhà thiết kế luôn luôn cho rằng mặt phẳng đất
không có gì. Nhưng có lẽ họ không biết rằng vấn đề EMI của PCB có thể là sản phẩm do lỗi
của thiết kế nối mặt phẳng đất.
Bài viết này được tổ chức như sau: Trong phần II, ba yêu cầu để giảm EMI từ in bảng
mạch với thiết kế tiếp đất. Trong phần III, bằng cách sử dụng các công cụ mô phỏng để làm
cho lý thuyết vào ví dụ cụ thể mô phỏng cho phép độc giả trực quan hơn sự hiểu biết về sự
đúng đắn của lý thuyết. Trong phần IV thí nghiệm được thực hiện trong một sản phẩm thực để
thể hiện được cải thiện do thông qua ba kỹ thuật. Cuối cùng, tạo ra một kết luận về thiết kế
nối mặt phẳng đất trong sản phẩm PCB để tránh các vấn đề EMI.
II. BA YÊU CẦU CỦA THIẾT KẾ GROUND
A. Lớp tín hiệu cần phải chặt chẽ với mặt phẳng đất
Trong các vấn đề toàn vẹn tín hiệu, chúng ta thường gọi là "Mặt phẳng đất" như đường trở
lại. Trong tần số cao, điện cảm của đường dẫn tín hiệu và đường dẫn trở lại giảm thiểu, điều
này có nghĩa rằng, miễn là các trường hợp cho phép, trả lại đường dẫn sẽ cố gắng để gần với
đường tín hiệu. Hình 1 Khi hiển thị, có một dòng tín hiệu trên một PCB, và đường trở lại là
nằm ở đường thứ ba. Tại thời điểm này trở kháng của tín hiệu giữa hai lớp trung bình, trở
kháng tương đương Z


C. Viết qua các phân đoạn giải phóng mặt bằng là không thích hợp
Tín hiệu tương tự và tín hiệu kỹ thuật số cuối cùng sẽ đi trở lại đất, tuy nhiên, do tín hiệu kỹ
thuật số thay đổi tốc độ, do đó, sẽ có rất nhiều nhiễu tạo ra, nhưng các tín hiệu tương tự cần
một đất tham không nhiễu. Nếu không phân chia đất, nhưng trộn lẫn chúng với nhau, nhiễu
tín hiệu kỹ thuật số sẽ ảnh hưởng đến tín hiệu tương tự thông qua đất. Nhiều nhà thiết kế thừa
nhận rằng gần đây, khi họ thiết kế một PCB sản phẩm có tính đến các phân đất. Nhưng mà
không có quyền phân chia đất, vẫn còn có thể mang lại một số vấn đề EMI. Các điển hình
nhất vấn đề gây ra bởi các dòng tín hiệu trên phân khúc khe hở.
Viết qua các phân khúc giải phóng mặt bằng có thể gây ra những câu dưới đây:
 Kết quả trở kháng đường dây gián đoạn;
 Tạo nhiễu xuyên âm;
 Có thể gây ra phản xạ tín hiệu;
 Tăng khu vực vòng lặp hiện tại, các vòng lặp điện cảm, và làm cho dạng sóng đầu ra
dễ bị dao động;
 Tăng bức xạ, và dễ bị tổn thương. tác động của không gian từ;
 Hãy nối từ trường khác mạch một cách dễ dàng;
 Tần số cao giảm điện áp của vòng lặp điện cảm thành phần của chế độ phổ biến bức
xạ, và thông qua một cáp bên ngoài sinh ra phổ biến chế độ bức xạ.
Khi chúng tôi thiết kế một mạch tín hiệu hỗn hợp, chúng tôi không thể cho phép tương tự mặt
phẳng đất và các sản phẩm kỹ thuật số mặt đất chồng chéo [1]. Nếu không, cả hai sẽ gây ra
tiếng ồn và can thiệp vì các khớp nối điện dung [3]. Như hình 2 hiển thị, nếu có một dòng trên
sự hình thành không thể thiếu, vì vậy, vấn đề là những gì? Nếu chúng ta sử dụng các phân
khúc phương pháp như hình dưới đây, giả sử chúng ta chia đất vào kỹ thuật số mặt đất
(DGND) và mặt đất tương tự (AGND), và giả sử rằng hai phần của liên kết đất cùng nhau tại
một điểm không chắc chắn, con đường trở lại tín hiệu hình dưới đây, không dưới đường tín
hiệu, nhưng quay trở lại một mình điểm kết nối và tạo thành một vòng lặp lớn.

Như chúng ta biết, dòng chảy qua các đa dẫn bề mặt sẽ sản xuất chế độ phổ biến EMI, kết quả
đầu ra hiện tại của dòng chảy các thành phần mạch vào tải trọng sẽ tạo ra sự khác biệt giữa

phỏng về hiện tại bề mặt của kết nối của B, C, và D. các số liệu so sánh như sau:
Tương phản có thể được tìm thấy, bề mặt hiện tại phân phối về C và D là lớn hơn so
với B. Trên kết nối đường dây, C và D cũng sản xuất bề mặt lớn hơn không phân phối. Nhưng
chúng ta có thể biết từ Hình 4 mà khi điểm nằm ở B, bề mặt hiện tại phân phối là tập trung,
chủ yếu dưới đường tín hiệu, vì vậy bức xạ nhỏ hơn khác hai.
B. Gần trường
Bài viết này sử dụng SIwave để có được cánh đồng gần kết quả phân tích lĩnh vực điện từ,
bởi vì mối quan hệ phức tạp về điện trường và từ trường gần trường. E và H không xác định
mối quan hệ. Vì vậy, chúng tôi mô phỏng nhau.

Fig.7 Cường độ từ trường: Fig.8 Cường độ điện trường:

Kết luận có thể được rút ra từ hai nhóm hình ảnh lên. Khi kết nối được nằm dưới đường tín
hiệu (điểm B), phân phối năng lượng được tập trung; hầu hết trong số đó là dưới đường tín
hiệu. Vì vậy, diễn đàn này không nên sản xuất bức xạ, và có rất ít ảnh hưởng đến bên ngoài.
Nhưng khi kết nối C và D, cho dù điện trường hoặc từ trường có thể được nhìn thấy rằng năng
lượng và không hoàn toàn dọc theo đường dây phân phối. Trong vị trí của kết nối, cũng có
năng lượng phân phối đó có nghĩa là nó có thể dễ dàng sản xuất EMI vấn đề.
C. Cách ly
Kết nối S-tham số thăm dò trên các tín hiệu đầu vào cổng và cổng tín hiệu chảy
ngược, để có được điện áp chuyển tiếp hệ số truyền (S (2,1)). Nó có thể được nhìn thấy từ Fig.9, khi kết nối được nằm dưới tín hiệu, hệ số truyền tối

,
2
là nhiễu xuyên âm
nhỏ.
Figure.12 để Figure.13 là trước và sau khi biểu đồ so sánh cho cổng nhạy cảm nhất. Từ đó
chúng ta có thể biết rằng tín hiệu nhiễu xuyên âm chủ yếu là cải thiện, tín hiệu nhiễu có được
hiệu quả ức chế, và xác minh những cải tiến có tính khả thi.

V. KẾT LUẬN
Trong quá trình thiết kế PCB, EMC là không được bỏ qua, điều này giấy kết hợp ví dụ
lý thuyết và thực tiễn để thảo luận về những vấn đề EMC và SI trong PCB tín hiệu hỗn hợp
mặt đất thiết kế và phân tích mối quan hệ chặt chẽ giữa các khu vực vòng lặp và bức xạ điện
từ và SI. Sử dụng phần mềm mô phỏng EMC để xác minh nó. Các kết quả cho thấy rằng một
phân đoạn mặt đất tốt cho tốc độ cao PCB có một ý nghĩa to lớn.

Tài liệu tham khảo
[1] Eric Bogatin, Signal Integrity:Simplified,2005
[2] Jing wei, “The Split Ground Plane”, Printed Circuit Information, 2007, (3), pp.39-43.
[3] J, Q, Shen, “Improve the electromagnetic compatibility of the mixed signal PCB partition
design”, Digital technology and application, 2010, (9), pp.81-82.
[4] Neal Schneier, “High Speed Digital Interconnect analysis”, 1998 IEEE Aerospace
Conference.
[5] Tamir E Moran, “Methods to Reduce Radiations from Spilt Ground Plane Structures”,
IEEE, 1999.
[6] Ohnson H, “Common Mode Ground Currents”, HSDD, newsletter v01.7#02, 2002
[7] H, Z, Gu, “The PCB EMC technology, Design Practice”, 2004.
[8] A, F, Qian, “Printed circuit board design of EMI solution”, EDN Electronic design
technology, 2009,(1), pp.70-71