Tín hiệu trên PCB và mặt phẳng tham chiếu

Bạn nhận thấy điều gì ở đây?

Bài đăng này có thể tập trung vào nhiều thứ, nhưng tôi muốn hướng sự chú ý của bạn đến hai miếng đệm có nhãn GND và GNDA. Một quan niệm sai lầm phổ biến là việc tách các đường trở về và mặt phẳng tham chiếu có tên và đường dẫn khác nhau giúp phân biệt tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Và tin tôi đi, tôi biết rằng nhiều ghi chú ứng dụng vẫn khuyến nghị loại cấu trúc định tuyến này. Trên thực tế, các trường điện từ không quan tâm đến tên bạn đặt cho các trace tín hiệu; đặc biệt là những gì bạn gọi là “Đất”.

Điều quan trọng đối với chúng là trở kháng, cụ thể là đường dẫn có trở kháng nhỏ nhất, cho một tần số nhất định. Việc tạo ra loại cấu trúc này thực sự thêm các thành phần ký sinh vào đường trở về (một lần nữa, không phải “Đất”), góp phần gây ra các vấn đề về EMI. Đó là lý do tại sao tôi thích giữ mọi thứ đơn giản bằng cách sử dụng mặt phẳng tham chiếu trở về liên tục cho cả hai loại tín hiệu số và tín hiệu tương tự.

Tôi không chia chúng theo cách này. Phương pháp này cung cấp đường trở về ưu tiên cho dòng điện và điện thế tham chiếu cho điện áp tín hiệu. Nói một cách đơn giản, một mặt phẳng liên tục cung cấp đường dẫn có trở kháng nhỏ nhất với ít thành phần ký sinh hơn so với một trace tín hiệu. Hãy nghĩ theo hướng trường điện từ, chứ không phải phép loại suy “nước chảy qua đường ống”. Tư duy này đã giúp tôi và nhiều người khác kiểm soát được EMI ngay từ lần đầu tiên, loại bỏ nhu cầu phải sửa đổi nhiều lần. Hy vọng điều này hữu ích,

Nhiều người trong chúng ta tiếp cận thiết kế bảng mạch in như thể chúng ta là thợ sửa ống nước. Chúng ta vẫn mắc kẹt với ý tưởng rằng điện từ trong PCB hoạt động giống như nước chảy qua đường ống, nghĩ rằng chúng ta chỉ cần một vòng mạch kín để các electron “chảy” và làm cho mạch hoạt động.

Cách suy nghĩ này về thiết kế PCB và điện tử nói chung là sai lầm. Vấn đề với việc tin rằng electron thực hiện công việc, thay vì trường điện từ, là dòng electron hoặc sự trôi electron, có vận tốc chỉ vài milimét mỗi giây, thậm chí không gần bằng tốc độ ánh sáng. Vậy làm thế nào chúng ta có thể giải thích các thành phần tốc độ cao như bộ nhớ DDR hoạt động? Bởi vì thiết kế bảng mạch là tất cả về các trường điện từ, cách chúng ta chứa và chuyển hướng chúng, và với tốc độ ánh sáng trong chất điện môi giữa các dây dẫn. Không phải bên trong chính các dây dẫn. Đây là cách tôi muốn hình dung bố cục của mình, nghĩ về cách các trường điện từ lan truyền trong chất điện môi giữa các đường tín hiệu và mặt phẳng tham chiếu, không giống như nước trong đường ống.

Kết quả?

EMI không còn là vấn đề nữa, mà thực ra đó là vẻ đẹp của thiết kế.