Hiệu quả của việc giảm vòng lặp trở về của tín hiệu trong thiết kế chống nhiễu cho PCB

Bài viết này trích từ tài liệu học (tiếng Việt) của khoá thiết kế PCB đảm bảo tính tương thích điện từ tại elec2pcb.com

Khóa học thiết kế PCB đảm bảo tính tương thích điện từ (EMC) cung cấp cho các bạn các kỹ thuật thiết kế chống nhiễu cho PCB. Với thiết kế này bo mạch của các bạn sẽ có khả năng chống chịu được các bức xạ nhiễu từ bên ngoài tác động vào, giảm thiểu tối đa các bức xạ nhiễu từ bo mạch phát ra gây nhiễu cho các thiết bị bên ngoài khác, và cuối cùng cân bằng sự giao thoa nhiễu giữa các thành phần linh kiện ngay chính trên bo mạch đó.

https://elec2pcb.com/online-pcb-design-courses/emc-course/

Đường trở về của tín hiệu càng mở rộng thì vùng mạch điện kín càng rộng, và từ trường do mạch điện kín đó tạo nên càng lớn, đấy chính là nhiễu từ trường mà bo mạch tạo nên. Do đó cần phải làm giảm và triệt tiêu từ trường này. Làm giảm vòng lặp trở về tín hiệu sẽ giúp làm nhỏ lại từ trường H này.

Hình 1: Vòng lặp trở về của tín hiệu gây nên bức xạ từ trường không mong muốn

Đối với bo 4 lớp trở lên, cách tốt nhất là phải có các lớp nguồn và đất riêng. Các chân nguồn và đất của linh kiện dùng via đóng trực tiếp xuống các vùng đất và nguồn nói trên, như vậy sẽ làm giảm đáng kể đường trở về của tín hiệu.

Nếu bo mạch ít lớp và không có lớp nguồn thì nên giữ các đường mạch cung cấp nguồn càng gần càng tốt để giảm vòng bề mặt và điện cảm kí sinh như hình:

Hình 2: Làm giảm vòng lặp trở về là làm giảm bức xạ từ trường phát ra từ bo mạch

Khi chọn lựa linh kiện nên chọn đóng gói có các chân Vcc và Vss gần nhau. Khi các chân Vcc và Vss gần nhau, hệ số kết hợp từ tính gần bằng 0.8 nên điện cảm tự cảm gần bằng với điện cảm của chính chân đó nên từ tính của tổng điện cảm của 2 đường Vcc và Vss không còn nữa. Điều này đúng khi i_Vcc và i_Vss có cùng biên độ và cùng pha trong trường hợp dòng chạy trong lõi của IC, nhưng hoàn toàn không đúng cho một vùng đệm bên ngoài.

Hình 3: Hai chân Vcc và Vss bố trí gần nhau để hủy từ trường H

Tăng số chân Vcc và Vss lên gấp đôi sẽ giảm được một nữa điện cảm tương đương và giảm từ trường H. Nếu chân kia được đặt ở vị trí đối diện thì từ trường H giảm nhiều hơn bởi vì một phần của từ trường H đã bị hủy như hình: