ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ BO MẠCH MÁY GIẶT ĐẢM BẢO TÍNH
TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ
Người hướng dẫn : PGS.TS. Tăng Tấn Chiến
Họ và tên học viên : Huỳnh Văn Đông
Lớp : Kỹ thuật điện tử - Khóa 25
Đà Nẵng, 10/2013
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan về tương thích điện từ 1
1.1 Các thành phần trong môi trường điện từ 1
1.1.1 Nguồn nhiễu điện từ 1
1.1.2 Đường nối 2
1.1.3 Thiết bị ảnh hưởng nhiễu điện từ 2
1.2 Kết luận 3
Chương 2: Lựa chọn linh kiện và kỹ thuật thiết kế mạch 4
2.1 Lựa chọn linh kiện 4
2.1.1 Lựa chọn điện trở 4
2.1.2 Lựa chọn tụ điện 5
2.1.1 Lựa chọn cuộn cảm 6
2.1.1 Lựa chọn diode 8
2.2 Mạch tích hợp IC

10
2.2.1 Đóng gói mạch tích hợp


3.3.3.4 Tụ điện của bảng mạch in 21
3.3.3.5 Mạch có tốc độ cao và mạch có tốc độ chậm 21
3.3.3.6 Lấp đầy lớp đất bằng lớp đồng 21
3.3.3.7 Lớp nguồn và lớp đất trong bảng mạch in đa lớp 22
3.3.3.8 Bảng mạch có nhiều mức điện áp 22
3.4 Kỹ thuật phủ và bảo vệ 22
3.5 Kết luận

23
PHỤ LỤC 25
Trang 3
Các Bảng
Bảng 1: Một số đặc trưng của các loại
Diode………………………………………….8
Bảng 2: Tóm tắt một số kiểu đi
dây………………………………………………… 12
Các Hình
Hình 1: Mô hình nhiễu điện từ…………………………………………………………
1
Hình 2: Từ trường trong lõi cuộn cảm…………………………………………………6
Hình 3: Cuộn cảm vòng hở…………………………………………………………….6
Hình 4: Bộ lọc LC…………………………………………………………………… 7
Hình 5: Mạch lọc nguồn AC………………………………………………………… 7
Hình 6: Bảo vệ chuyển mạch tức thời trong
Relay…………………………………….9
Hình 7: Bảo vệ chuyển mạch tức thời
DC…………………………………………… 9
Hình 8: Bảo vệ chuyển mạch DC trong máy biến
áp………………………………… 9
Hình 9: Tụ điện trong mạch điều chỉnh và ổn định điện

RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
Trang 5
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Chương 1 : Tổng quan về tương thích điện từ.
Nhiễu điện từ là một trong những vấn đề chính trong mạch điện tử hiện nay được
quan tâm nghiên cứu. Để khắc phục và hạn chế những ảnh hưởng của nhiễu điện từ lên
hệ thống, người thiết kế phải loại bỏ nguồn gây ra nhiễu điện từ lên hệ thống hoặc bảo
vệ những mạch điện tử bị ảnh hưởng. Mục tiêu cuối cùng là phải làm cho hệ thống bo
mạch làm việc như dự kiến – tức là đạt được tương thích điện từ (EMC).
Đạt được một bo mạch tương thích điện từ có lẽ là chưa đủ. Mặc dù mạch có thể
làm việc tại một module bo mạch, nhưng nó có thể tạo ra nhiễu phát xạ và làm ảnh
hưởng đến các module khác của hệ thống và làm ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
Hơn nữa, tương thích điện từ trong hệ thống hay trong từng thiết bị có lẽ phải đáp ứng
những tiêu chuẩn phát xạ nhất định, vì vậy các thiết bị sẽ không làm ảnh hưởng đến
các thiết bị khác.
Nhiều nước phát triển có các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về tương thích điện từ trên
các thiết bị điện, điện tử. Các người thiết kế sẽ phải suy nghĩ làm sao hạn chế hoặc loại
bỏ nhiễu điện từ khi bắt đầu thiết kế bo mạch.
1.1. Các thành phần trong môi trường điện từ.
Mô hình nhiễu điện từ cơ bản bao gồm ba thành phần:
-Nguồn nhiễu điện từ.
-Đường nối
-thiết bị thu nhận.
Hình 1: Mô hình nhiễu điện từ
1.1.1 Nguồn nhiễu điện từ
Nguồn nhiễu điện từ bao gồm bộ vi xử lý, vi điều khiển, phóng tĩnh điện, máy
phát, các thiết bị chuyển tiếp như rơle, bộ chuyển đổi nguồn điện. Trong hệ thống vi
điều khiển , mạch đồng hồ thường tạo ra nhiễu băng rộng lớn nhất, nó là nhiễu phân bố
Trang 1
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ

về tương thích điện từ, những ảnh hưởng và điều kiện để đạt được tương thích điện
Trang 2
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
từ trong hệ thống nói chung và thiết kế bo mạch nói riêng. Chương sau sẽ đề cập
đến việc lựa chọn linh kiện và một số vấn đề thiết kế bo mạch để đạt được khả
năng tương thích điện từ trong mạch.
Chương 2: Lựa chọn linh kiện và kỹ thuật thiết kế mạch
Lựa chọn linh kiện và thiết kế mạch là những yếu tố chính sẽ ảnh hưởng đến
hiệu năng tương thích điện từ của bo mạch.
Từng loại linh kiện điện tử có những đặc trưng riêng của nó, và do đó đòi hỏi
thiết kế cẩn thận, cân nhắc.
Trang 3
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Trong chương 2 sẽ thảo luận về một số linh kiện điện tử thông thường và kỹ
thuật thiết kế mạch để giảm hoặc loại bỏ nhiễu điện từ.
2.1 Lựa chọn linh kiện
Về cơ bản có hai kiểu cho tất cả các linh kiện điện tử: pha chì và không pha chì.
Kiểu thành phần có pha chì gây ra hiệu ứng ký sinh, đặc biệt là ở tần số cao. Kiểu pha
chì có giá trị điện cảm thấp khoảng 1nH/mm. Thiết bị đầu cuối cũng có thể tạo ra một
hiệu ứng điện dung nhỏ, trong khoảng 4pF. Vì vậy, nó cần giảm càng nhiều càng tốt.
Kiểu thành phần không pha chì và bề mặt gắn kết các thành phần có hiệu ứng ký sinh
ít hơn so với các thành phần pha chì. Thông thường, kiểu không pha chì có giá trị điện
cảm 0.5nH và điện dung khoảng 0.3pF. Từ quan điểm tương thích điện từ EMC, bề
mặt gắn kết các thành phần được ưu tiên.
2.1.1. Lựa chọn điện trở
Bề mặt gắn kết điện trở luôn luôn được ưa thích hơn các loại có pha chì bởi vì
các yếu tố ký sinh thấp.Đối với các loại có pha chì, loại phim carbon là sự lựa chọn ưa
thích, tiếp theo là phim kim loại, sau đó dây quấn.
Điện trở phim kim loại, với các thành phần ký sinh có ưu thế hơn ở tần số tương
đối thấp (trong MHz), do đó phù hợp với mật độ năng lượng cao hoặc mạch độ chính

Sự khác biệt trong đáp ứng tần số của vật liệu điện môi khác nhau dẫn đến có
những loại tụ điện chỉ phù hợp với một số ứng dụng hơn nữa. Loại tụ điện nhôm và
tantali chủ yếu được sử dụng ở mức tần số thấp, chủ yếu là trong các ứng dụng lọc tần
số thấp. Trong phạm vi khoảng giữa tần số (từ kHz đến MHz) các tụ điện gốm chiếm
ưu thế, cho việc tách và bộ lọc tần số cao. đặc biệt tụ gốm và tụ mica cótổn hao thấp
(giá thành cao hơn) cho những ứng dụng tần số làm việc rất cao và trong các mạch
siêu cao tần.
Cho hiệu suất tương thích điện từ (EMC) tốt nhất, điều quan trọng là phải có một
giá trị điện trở nối tương đương thấp , lúc đó nó cung cấp một sự suy giảm cao hơn các
tín hiệu, đặc biệt là tần số gần với tần số tự cộng hưởng của tụ trong quá trình sử dụng.
2.1.3. Lựa chọn cuộn cảm
Cuộn cảm là một trong những thành phần tạo thành một mối liên hệ giữa từ
trường và điện trường, do đó nó có khả năng dễ bị ảnh hưởng hơn các thành phần khác
nhưng nó vốn gắn liền với từ trường. Tương tự như tụ điện, tụ điện, khi được sử dụng
một cách thông minh, có thể cải thiện rất nhiều về vấn đề tương thích điện từ.
Về cơ bản có hai loại điện cảm: điện cảm vòng hở và điện cảm vòng kín. Sự khác
biệt của hai loại điện cảm này là vòng điện từ mà nó tạo ra. Điều này được minh họa
trong hình 2.
Trang 5
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Hình 2: Từ trường trong lõi cuộn cảm
Một lợi thế của cuộn cảm so các tụ điện hoặc điện trở là không có điện cảm ký
sinh, do đó có rất ít sự khác biệt giữa gắn kết bề mặt và các loại có pha chì. khi từ
trường của tụ điện vòng hở đi qua không khí, nó là nguyên nhân gây ra bức xạ và có
thể gây ra vấn đề nhiễu điện từ EMI. sự lựa chọn điện cảm vòng hở, loại cuộn bobbin
là tốt hơn so với loại rod hoặc Solenoid bởi vì từ trường được kiểm soát bởi các lõi .
Hình 3: Cuộn cảm vòng hở
Đối với điện cảm vòng kín, từ trường là hoàn toàn kiểm soát bởi lõi. Do đó, loại
điện cảm này là lý tưởng trong các thiết kế mạch, ngoại trừ nó có nhiều tốn nhiều chi
phí hơn loại vòng hở. Một lợi thế của cuộn cảm vòng kín hình dạng toroid là nó không

Đặc trưng Ứng dụng
EMC
Chú thích
Trang 7
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Diode chỉnh
lưu
Dòng lớn, đáp
ứng chậm và giá
thành rẽ
Không Thành phần
trong các bộ cung
cấp nguồn
Diode
Schotky
Độ rơi điện áp
chuyển tiếp thấp,
mật độ dòng cao,
thời gian chuyển
tiếp ngược nhanh
Tín hiệu
chuyển tiếp nhanh
và bảo vệ tăng vọt
Chế độ
chuyển mạch trong
bộ nguồn cung cấp.
Diode Zener Hoạt động
trong chế độ ngược,
chuyển tiếp điện áp
ngược nhanh, điện

Điện áp
chuyển tiếp cao từ
ESD rất nhanh
Một số ứng dụng diode
Nhiều mạch hoạt động với các tải nhạy, với các dòng chuyển mạch cao gây ra quá độ
được tạo ra trong hệ thống. Diode là một trong những thiết bị tốt nhất có thể được sử
dụng ở nguồn gốc của nhiễu như một linh kiện kiềm hãm điện áp rò. Các ví dụ dưới
Trang 8
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
đây biểu thị kỹ thuật kiềm hãm điện áp rò sử dụng diode.
Hình 6: Bảo vệ chuyển mạch tức thời trong Relay
Trong hình 6, các thiết bị điều khiển sẽ chuyển đến các cuộn dây mở và tắt.
Chuyển mạch tức thời từ các cuộn dây sẽ bức xạ đến các bộ phận khác của mạch.
Diode D1 được sử dụng để kiểm soát điện áp thoáng qua này.
Hình 7: Bảo vệ chuyển mạch tức thời DC
Cấu hình diode trong hình 7 được sử dụng để ngăn chặn sự quá độ điện áp
chuyển mạch từ điện áp cao.
Hình 8: Bảo vệ chuyển mạch DC trong máy biến áp
Hình 8 cho thấy các máy biến áp điển hình và cấu hình chỉnh lưu. D2 là một
Schottky hoặc zener, được sử dụng để ngăn chặn sự quá độ sau khi chỉnh lưu.
2.2. Mạch tích hợp IC.
Phần lớn các mạch tích hợp (IC) kỹ thuật số hiện đại được sản xuất sử dụng công
nghệ CMOS. Việc tiêu thụ năng lượng tĩnh của các thiết bị CMOS có thể thấp hơn,
nhưng tốc độ chuyển mạch nhanh của các thiết bị CMOS phụ thuộc vào công suất quá
độ của nguồn cung cấp. Công suất động phụ thuộc mạch đóng thiết bị CMOS tốc độ
cao nó có thể vượt quá một thiết bị lưỡng cực tương đương. Vì vậy, tụ điện phải được
sử dụng trên những thiết bị để giảm sự phụ thuộc công suất quá độ từ các nguồn điện
cung cấp.
Trang 9
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ

điên 0.1μF được thêm vào cả hai đầu vào và đầu ra của mạch điều chỉnh ởn định điện
áp để ngăn ngừa khả năng dao động nội và để lọc nhiễu tần số cao. Ngoài ra, một tụ
điện có điện dung tương đối lớn (10μF mỗi ampe) để làm giảm gợn sóng. Hình 8 biểu
Trang 10
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
thị việc nối tụ điện với mạch điều chỉnh ổn định điện áp. Các tụ điện nên đặt gần mạch
điều chỉnh ổn dịnh điện áp càng tốt.
Hình 9: Tụ điện trong mạch điều chỉnh và ổn định điện áp
2.2.3. Ghép nối các thiết bị.
Khi một mạch đang hoạt động ở tốc độ cao, trở kháng kết hợp giữa nguồn và đích
là rất quan trọng. Vì không phối hợp sẽ gây ra tín hiệu phản xạ dội trở lại. Năng lượng
RF dư thừa sẽ bức xạ hoặc kết hợp đến các phần khác của mạch, gây ra vấn đề EMI.
Việc ghép và đi dây tín hiệu giúp làm giảm các hiệu ứng không mong muốn.
Việc ghép và đi dây không chỉ làm giảm tín hiệu phản xạ bằng cách kết hợp trở
kháng giữa nguồn và điểm đến, nó còn có thể làm chậm sườn lên và xuống của các tín
hiệu.
Có một số phương pháp ghép và đi dây, mỗi cách đều có ưu và nhược điểm của
nó. Bảng 2 liệt kê tóm tắt một số phương pháp ghép và đi dây
Bảng 2: Tóm tắt một số kiểu đi dây
Kiểu ghép,
đi dây thiết
bị đầu cuối
Chi phí Trễ cộng
thêm
Yêu cầu
nguồn cung
cấp
Thông số
Quan trọng
Đặc trưng

Hình 11 biểu thị phương pháp song song. điện trở song song RP được thêm vào,
như vậy mà RP / / ZL phối hợp với Z0. Nhưng phương pháp này là không thích hợp
cho các sản phẩm cầm tay, vì giá trị của RP thấp (thường 50Ω), và sẽ tiêu thụ năng
lượng cao và đòi hỏi bộ điều khiển nguồn điều khiển giá trị dòng (100mA @ 5V,
50Ω). Phương pháp này cũng cộng thêm trễ nhỏ bằng Z
OL
× C
d
, trong đó Z
OL
= R
p
/ / Z
l
và C
d
là điện dung tải.
2.2.3.3 Kiểu RC
Trang 12
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Hình 12: Phương pháp RC
Hình 12 biểu thị phương pháp ghép nối RC. Tương tự như ghép nối song song,
nhưng với việc bổ sung của CI. R giống như ở kết nối song song để phối hợp trở kháng
phù hợp với Z
O
, Và CI cung cấp dòng lái R và lọc năng lượng cao tần RF đầu ra từ
nguồn đến mặt đất. Vì vậy, ghép nối RC cần dòng điều khiển nguồn ít hơn kết nối
song song.
Giá trị R và CIphụ thuộc Z
O

Ngày nay, nhiều nhà sản xuất vi mạch liên tục giảm kích thước của vi điều khiển.
Giảm kích thước thường làm cho các transistor hoạt động nhanh hơn. Do đó, mặc dù
tốc độ đồng hồ của vi điều khiển MCU có thể không tăng, nhưng thời gian lên và thời
gian xuống sẽ tăng. Trong nhiều trường hợp, việc giảm kích thước có thể không thông
báo cho người sử dụng, do đó, vi điều khiển MCU có thể ban đầu là tốt trong một
mạch, sau đó đôi khi sau một thời gian vấn đề tương thích điện từ EMC có thể phát
sinh. Các cách tốt nhất để thích ứng với những phát sinh đó là chú ý thiết kế mạch
ngay từ ban đầu.
Nhiều ứng dụng thời gian thực đòi hỏi vi điều khiển MCUs có tốc độ cao, các nhà
thiết kế phải cẩn thận thiết kế mạch và bố trí bảng mạch in PCB để giảm các vấn đề
có khả năng gây ra vấn đề EMC. Nguồn điện cung cấp lớn sẽ làm cho tốc độ xử lý
của MCUs tăng lên. Nhưng không áp dụng cho tất cả các mạch nguồn cung cấp.
Vi điều khiển MCUs thường có một bộ dao động trên chip, đòi hỏi tinh thể thạch
anh riêng của nó, và tránh sử dụng đồng hồ từ các mạch điều khiển đồng hồ khác.
Đồng hồ độc lập này cho phép khả năng miễn nhiễm tốt hơn từ nhiễu bức xạ từ các bộ
phận khác của hệ thống.
Trang 14
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
2.2.4.1 Chân vào ra.
Với hầu hết các MCUs, chân thường là đầu vào có trở kháng cao hoặc hỗn hợp
đầu vào / đầu ra. Trở kháng đầu vào cao chân rất nhạy cảm với nhiễu và dẫn đến có
thể sai mức logic. Chân là đầu vào cần nối với trở kháng cao (ví dụ như 4.7kΩ
hoặc10kΩ) gắn liền với mỗi chân nối đất hoặc lên nguồn cung cấp để đảm bảo chắc
chắn mức logic. Nếu không nối chân đầu vào thì mức điện áp nằm lưng chừng giữa
mức 0 ( nối đất) hoặc mức 1 ( nối lên nguồn) hoặc một điện áp không xác định do
dòng rò nội bên trong vi điều khiển.
Đối với chân IRQ hoặc chân reset (chân đầu vào) là quan trọng hơn là các cổng
I/O chung. nếu nhiễu gây ra hai chân này để sai kích hoạt nó sẽ có tác động nghiêm
trọng về hành vi hoạt động mạch.
2.2.4.2 Chân Reset.

theo sau là cổn NOT. Cổng NAND có hai giá trị đầu vào một là kết nối đến chân của
vi điều khiển gọi là OSC1 và chân còn lại được kết nối đến với tín hiệu STOP bên
trong vi điều khiển.
Khi sử dụng một tinh thể dao động tần số giữa 1MHz và 20MHz, R0 nên được
dùng trong phạm vi của 1MΩ để 10MΩ.
Hình 15: Mạch dao động thạch anh 1Mhz đến 20MHz
2.3 Kết luận
Chương này đã giới thiệu một vài kỹ thuật thiết kế, lựa chọn linh kiện nhằm
nâng cao khả năng tương thích điện từ trong mạch. Ngoài ra để tăng khả năng miễn
nhiễm các tín hiệu nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống mạch thì ở chương sau sẽ đề cập
một số kỹ thuật layout trong việc thực hiện bảng mạch in.
Trang 16
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Chương 3: Kỹ thuật Layout và in mạch.
3.1 Những đặc điểm cơ bản của bảng mạch in.
Một bảng mạch in PCB được xây dựng sử dụng một lớp cán mỏng. Trong bảng
mạch in đa lớp, hầu hết các nhà thiết kế sẽ đặt tín hiệu theo dõi ở hai lớp bên ngoài để
sửa lỗi dễ dàng hơn.
3.1.1 Kỹ thuật phân đoạn.
Kỹ thuật phân đoạn là việc sử dụng việc ngăn cách về mặt vật lý để giảm các
ghép nối giữa các loại mạch khác nhau, đặc biệt là đường nối lên nguồn và đường nối
đất.
Hình 16: Kỹ thuật phân đoạn các khối
Hình 16 biểu thị một ví dụ điển hình của việc tách bốn mạch khác nhau bằng
cách sử dụng kỹ thuật phân đoạn. Trong lớp đất, những đường hào phi kim loại được
sử dụng để cách ly vùng nối đất thành bốn vùng khác nhau.
Trang 17
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
Mạch kỹ thuật số tốc độ cao số cần phải được đặt gần đầu vào nguồn cung cấp vì
mạch số thường có tốc đọ và khả năng chuyển trạng thái nhanh.

thay đổi độ rộng tạo ra sự thay đổi trở kháng của đường đi dây ( điện trở, điện cảm và
điện dung) và do đó có thể gây ra phản xạ và trở kháng của đường tín hiệu mất cân
bằng. Tốt nhất ta nên giữ đường nhỏ hơn độ rộng mà nó thay đổi.
3.2.6 Tối thiểu hóa khu vực lặp
Giữ đường tín hiệu và đường đất gần nhau sẽ giúp giảm thiểu các vòng lặp lớp
đất, do đó ta ta sẽ có khả năng tránh được việc lặp này. Với tín hiệu tốc độ cao, đôi khi
đường lặp lớp đất này có thể là đường dọc theo tín hiệu nếu tín hiệu không có lớp đất
có trở kháng thấp xem hình 18.
Hình 18: Vòng lặp đất
3.3.3. Kỹ thuật nối đất.
Kỹ thuật nối đất áp dụng cho cả bảng mạch in nhiều lớp và một lớp. Mục tiêu
của kỹ thuật nối đất là để giảm thiểu trở kháng đất và do đó làm giảm khả năng của
các vòng lặp từ mạch trở lại nguồn cung cấp
3.3.3.1 Đường nối đất trong bảng mạch in một lớp.
Đối với bảng mạch in một lớp ( một mặt) , thì độ rộng của đường đất càng rộng
càng tốt, ít nhất là 1.5mm. Việc sắp xếp linh kiện hình sao là không thể trên bo mạch
in một lớp, việc sử dụng các jumper và thay đổi chiều rộng đường đất nên được giữ ở
mức tối thiểu, nó có thể là nguyên nhân gây ra sự thay đổi trở kháng và điện cảm trên
đường dẫn.
Trang 19
Tiểu luận môn học: Tương thích điện từ
3.3.3.2 Đường nối đất trong bảng mạch in hai lớp.
Đối với bảng mạch in 2 lớp ( hai mặt). Việc đường nối đất được sắp xếp bố trí
theo ma trận lưới được ưa thích trong các mạch số bởi vì việc sắp xếp này có thể làm
giảm trở kháng, vòng lặp của đường nối đất, như trong bảng mạch in một lớp thì độ
rộng của đường nối đất và đường cung cấp nguồn nên ít nhất là 1.5mm.
Một cách thiết kế khác là phải có một mặt của bo mạch làm mass, các đường tín
hiệu và đường nguồn ở mặt bên kia. Trong bố trí sắp xếp này đường trở lại mặt đất và
trở kháng sẽ giảm và tụ nên được đặt càng gần đường nguồn cung cấp cho IC và
đường đất càng tốt.