Nhiễu và chống nhiễu board mạch điện tử

Khái niệm về nhiễu board mạch

Nhiễu ( noise ) trong phong cách thiết kế mạch điện tử là các loại tín hiệu tạp chất được sinh ra một cách ngẫu nhiên gây tác động ảnh hưởng xấu tới tín hiệu thông tin. Có hai loại nhiễu board mạch được chú ý quan tâm là nhiễu bức xạ ( Radiation noise ) và nhiễu thu nhận ( reception noise ). Nhiễu bức xạ là loại nhiễu do chính thiết bị hoặc mạch điện đó gây ra còn nhiễu thu nhận là loại nhiễu do thiết bị hoặc mạch điện đó nhận được khi hoạt động giải trí gần các nguồn nhiễu .

Khái niệm nhiễu thường đi chung với khái niệm EMC ( Electromagnetic compatibility ) – năng lực thích hợp điện từ mà được hiểu là gồm 2 loại : nhận điện từ – EMI ( Electromagnetic interference ) và miễn nhiễm điện từ – EMS ( Electromagnetic Susceptibility ). Việc giảm nhiễu là việc phải phối hợp xử lý 2 yếu tố là giảm EMI và tăng EMS .

Chống nhiễu board mạch để làm gì?

Trong việc phong cách thiết kế mạch điện tử, nhất là mạch điện tử vận tốc cao thì việc chống nhiễu là việc cần phải chú ý quan tâm và phải làm từ khâu khởi tạo dự án Bất Động Sản. Chúng ta không hề đợi khi đã phong cách thiết kế mạch xong rồi mới mở màn kiểm tra nhiễu vì muốn tái tạo bất kể gì thì sẽ phải biến hóa lại hàng loạt phong cách thiết kế làm tốn thời hạn phong cách thiết kế, làm mạch và ngân sách đặt mạch .

Nhiễu không thể mô phỏng trước được vì nó mang tính ngẫu nhiên do thiết kế. Việc tính toán khử nhiễu là tương đối khó khăn đối với người không có kinh nghiệm nên đòi hỏi người làm mạch phải có những kiến thức nhất định trong thiết kế mạch. Một điều đáng lưu tâm nữa là khi kết hợp quá nhiều phương pháp khử nhiễu trên một mạch điện PCB  có thể khiến bạn mất một chi phí  khá lớn vượt qua chi phí dự trù ban đầu để tạo ra thiết bị đó. Do vậy việc cần làm là khử nhiễu một cách có hiệu quả vừa đủ để thiết bị hoạt động ổn định và tiết kiệm chi phí.

Nhiễu board mạch do đâu

Các cuộn cảm ẩn và tụ điện ẩn là các cảm kháng ảo sống sót trong mạch điện PCB ( printed circuit board ) là một trong các nguyên do gây nhiễu. Các thành phần cảm kháng này sống sót giữa hai đường mạch hoặc là giữa hai lớp vật liệu so với mạch nhiều lớp .

Do quy trình phong cách thiết kế PCB, người phong cách thiết kế đã thực thi đi hai hay nhiều dây tín hiệu song song quá gần với nhau hoặc do đặc trưng của board mạch in PCB mà hoàn toàn có thể tạo ra các giá trị khác nhau của tụ điện ẩn và cuộn cảm ẩn, những thành phần này góp thêm phần vào gây tác động ảnh hưởng qua lại tín hiệu từ đường mạch in này lên đường mạch in khác :

Chống nhiễu board mạch như thế nào

Bởi vậy, tại bước tiên phong của làm mạch in PCB, người phong cách thiết kế phải chú tâm tới khoảng cách giữa các dây tín hiệu và độ dày, vật liệu của board mạch in. Đối với các công ty làm mạch in PCB, có một khuyến nghị là thiết bị CNC của họ hoàn toàn có thể đi được các đường dây có khoảng cách tối thiểu là bao nhiêu, với độ dày là bao nhiêu. Người làm mạch cần nghiên cứu và điều tra kĩ điều này trước khi đặt mạch tại các công ty làm mạch để tránh phải vẽ lại phong cách thiết kế do nhà làm mạch không hề phân phối được nhu yếu, mỗi lần vẽ lại sẽ rất mất thời hạn. Ví dụ : công ty KimSonpcb là một công ty làm mạch lớn tại Hồ Chí Minh có quy cách mạch in khuyến nghị là đường mạch tối thiểu 8 mil, khoảng cách hai đường mạch tối thiểu 8 mil .
Tuy nhiên tất cả chúng ta nên đi dây khoảng cách và size lớn hơn 10 mil để hạn chế lỗi mạch, như thế sẽ tốt hơn .
Kích thước đường mạch càng nhỏ thì càng ít nhiễu nhưng phải bảo vệ đường mạch chịu được dòng điện theo phong cách thiết kế, khoảng cách giữa các đường mạch càng rộng càng tốt .
Công cụ trên trang : https://www.eeweb.com/tools/microstrip-impedance cho phép ta đo lường và thống kê các chỉ số thiết yếu khi phong cách thiết kế mạch như : tính thông số nhiễu giữa hai đường mạch có bề rộng W hoặc tính bề rộng tối thiểu đường mạch để chịu được dòng A ( Ampere ) .
Lỗ xuyên via cũng là một trong các nguyên do gây nhiễu và lỗi trong mạch PCB. Trong phong cách thiết kế tất cả chúng ta nên hạn chế tạo lỗ via tối thiểu hoàn toàn có thể. Điều này là nhờ vào vào trình độ của người phong cách thiết kế .

Các phương pháp khử nhiễu board mạch

Các loại nhiễu thường gặp

Nhiễu do tác động ảnh hưởng qua lại của tín hiệu bị gây ra do sự đổi khác bất ngờ đột ngột mức điện áp của tín hiệu A làm tín hiệu B cũng bị tác động ảnh hưởng theo. Loại nhiễu này phát sinh do các thành phần cảm kháng ẩn như đã trình diễn ở trên .

Một tín hiệu A được tạo thành bởi một linh phụ kiện, nhưng trên đường truyền, trở kháng ở đầu ra của linh phụ kiện đó và nguồn vào của linh phụ kiện khác có sự khác nhau sẽ gây ra hiện tượng kỳ lạ phản xạ sóng tại linh phụ kiện nhận. Sóng phản xạ sẽ gây chồng lấp lên tín hiệu chính và gây biến dạng tín hiệu. Đây cũng chính là nguyên do tất cả chúng ta phải phối hợp trở kháng để bảo vệ tín hiệu thông tin được toàn vẹn nhất .

Nguồn điện cung ứng cho mạch điện đôi khi không không thay đổi cũng gây tác động ảnh hưởng xấu tới mạch điện. Lúc này các tụ lọc là thực sự thiết yếu để không thay đổi nguồn. Đối với tín hiệu tần số cao, tụ điện đóng vai trò như một điện trở và giá trị điện trở đó nhờ vào và điện dung tụ và tần số tín hiệu. Công thức được diễn đạt :

Ví dụ so với tín hiệu có tần số100Mhz, tụ có điện dung 10 pF có trở kháng là Zc = 170 ( Ohm )

Bảng sau cho ta biết mức độ phân phối trở kháng của các giá trị tụ khác nhau so với các tần số khác nhau của mạng lưới hệ thống .

Từ đó chúng ta có thể chọn các loại tụ khác nhau để lọc nhiễu cho các ứng dụng khác nhau,đối với nguồn cấp gần IC hoặc các ngoại vi thì dùng tụ cỡ 0.01-0.1uF nối giữa VCC và GND cho ta kết quả tốt nhất.  Vì nó sẽ làm giảm trở kháng đường dây nguồn IC ở khoảng tần số cỡ MHZ. Còn đối với nguồn chính thì nên dùng tụ lọc có giá trị lớn hơn khoảng tầm 1-100uF để khử các thành phần răng cưa thường thấy ở đường nguồn. Nhưng không nên dùng tụ có giá trị quá lớn vì dòng khởi động có thể gây nguy hại cho mạch PCB khi cấp nguồn.

Các phương pháp khắc phục nhiễu

Điều chỉnh giá trị của tụ và trở lọc nhiễu cho bộ tạo xê dịch thạch

Trước tiên là nếu như hoàn toàn có thể thì hãy chọn thạch anh có tần số nhỏ nhất mà phân phối được nhu yếu phong cách thiết kế do tại tần số càng cao thì chỉ số EMI càng lớn, nhiễu càng dễ xảy ra. Sau đó tất cả chúng ta hoàn toàn có thể tìm hiểu thêm sơ đồ khử nhiễu như trên, kiểm soát và điều chỉnh các giá trị tụ C1 ,
C2 và R2 để có tác dụng tín hiệu tốt nhất. Thông thường thạch anh có giá trị tầm Mhz thì tụ có giá trị tầm pF. Một điều nữa là thạch anh nên đặt càng gần IC càng tốt .

• Chọn IC dán QFP thay vì IC nổi DIP

Có một điều được khuyến nghị là IC dán cho tác dụng chống nhiễu board mạch tốt hơn là IC DIP vì thế nếu có IC tương tự dạng QFP, hãy sử dụng chúng

1. Chọn IC tích hợp single-chip thay vì chọn một IC và một ngoại vi mở rộng khác

Nguyên nhân của việc chọn này rất đơn thuần, vì các dây tín hiệu nối giữa hai linh phụ kiện là một thành phần gây nhiễu không hề nhỏ khi thiết kế. Nên nếu hoàn toàn có thể thì hãy chọn loại IC đã tích hợp
( single-chip )

1. Chọn nguồn cung cấp có giá trị nhỏ nếu IC có thể chạy được

Đây là một cách tương đối đơn thuần, chính do hiệu suất nhiễn tỉ lệ với bình phương biên độ điện áp : P = VI = V2Z. Bởi vậy thay vì dùng nguồn 5V và dùng nguồn 3.3 V thì sẽ giảm một lượng nhiễu đáng kể ( thường thì việc làm giảm được 57 % nhiễu )

1. Lọc nhiễu bằng bộ lọc LC

Đây là một cách phổ cập được dùng lúc bấy giờ, cuộn Ferrite bead có tính năng chặn cao tần và tụ thì có công dụng làm mượt tín hiệu. Tuy nhiên cần quan tâm là không đặt ferrite bead tại đường tín hiệu có tần số cao hoặc là đường clock vì cuộn ferrite hoàn toàn có thể gây mất tín hiệu trên đường truyền. Thông thường người ta đặt ferrite bead tại đường nguồn của thiết bị. Việc này cũng góp thêm phần làm cho IC và các linh phụ kiện trong mạch bớt nóng hơn .

• Hạn chế nhiễu bằng chính quy trình thiết kế PCB

Cách này nhờ vào vào trình độ của người phong cách thiết kế, có một vài quan tâm theo quan điểm người viết :
– Đi dây có ít lỗ xuyên Via nhất
– Đi dây lớn hơn với đường nguồn và nhỏ hơn với đường tín hiệu, ví dụ so với nguồn 5V thì đường nguồn 40 mil và đường tín hiệu 10 mil là ổn .
– Hạn chế đường tín hiệu bẻ góc 90 độ, nếu có thì hãy làm mượt nó

-Giữa tụ bypass nguồn của IC không nên đi xuyên via mà hãy đi via ở sau tụ

– Không được đi dây dưới thạch anh giao động
– Sau khi phong cách thiết kế, phủ mass GND toàn mạch là việc làm thiết yếu
Bạn cũng hoàn toàn có thể tham gia khóa học ” Phân tích, phong cách thiết kế mạch in dùng Altium Desginer ” tại AHTLAB để được hướng dẫn vẽ mạch in tối ưu nhất

Source: https://thomaygiat.com
Category : Điện Tử