CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG BOARD MẠCH IN Trong chương đầu của luận văn nghiên cứu về tương thích điện từ (EMC), nhiễu giao thoa điện từ (EMI) trong mạch in; đặc tính và cấu trúc của tấm mạch in và tính chất trở kháng, dung kháng, cảm kháng của đường mạch in khi board làm việc ở tốc độ cao. CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI NHIỄU ĐIỆN TỪ THƯỜNG GẶP TRONG BOARD MẠCH TỐC ĐỘ CAO VÀ CÁC TIÊU CHUẨN EMC Phân tích các loại nhiễu thường gặp trong các hệ thống tốc độ cao như: nhiễu xuyên kênh, nhiễu do phối hợp trở kháng, nhiễu do nguồn, nhiễu từ điểm kế nối từ đó đưa ra các phương pháp khử nhiễu. Đồng thời giới thiệu về kiểm soát tương thích điện từ, các thiết bị tương thích điện từ và hệ thống đo đạc trong EMC. Giới thiệu và đặt vấn đề về đề tài Trang 3 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS.
Lê Tiến Thường CHƯƠNG 3: GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN EMC CHO THIẾT KẾ BOARD MẠCH IN TỐC ĐỘ CAO VÀ MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ Nội dung chính sẽ trình bày các bước thực hiện một board mạch in tốc độ cao, các kỹ năng và phương pháp chống nhiễu cho hệ thống trong từng bước tương ứng. Mô phỏng các loại nhiễu thường gặp như: nhiễu do phối hợp trở kháng, nhiễu xuyên âm, nhiễu do điểm kết nối. Từ kết quả của giản đồ mắt và các thông số thu được sẽ đánh giá và rút ra kết luận. CHƯƠNG 4: KIỂM CHỨNG THỰC NGHIỆM NHIỄU TRÊN KIT THƯƠNG MẠI RFID M24LR-DISCOVERY EVALUATION Trong chương giới thiệu về RFID, giới thiệu về Kit RFID M24LR Discovery Evaluation, chế độ hoạt động, cách thiết kế antenna và bộ lọc chống nhiễu EMI cho board mạch.
Và trong chương cũng tiến hành mô phỏng antenna thu phát RFID của board RF transceiver sử dùng phần mềm HFSS để so sánh với kết quả antenna thực tế của board RF tranceiver đã được xử lý nhiễu và phối hợp trở kháng. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO Giới thiệu và đặt vấn đề về đề tài Trang 4 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS. Lê Tiến Thường CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG BOARD MẠCH IN 1.1 Tương thích điện từ trong board mạch in Nhiễu là tín hiệu bất kỳ hiện diện trong mạch khác với tín hiệu mong muốn. Nguồn nhiễu có thể chia thành ba loại: Nhiễu do con người: thiết bị điện tử kỹ thuật số, phát sóng vô tuyến điện… Nhiễu do tự nhiên: sấm chớp, nhiệt độ… Nhiễu do nội tại sản sinh: nhiễu nhiệt, nhiễu đột biến… Nhiễu luôn luôn tồn tại và không thể được loại bỏ hoàn toàn, nhưng có thể giảm bớt mực độ và tác động của nhiễu lên tín hiệu.1 Nhiễu giao thoa điện từ Electromagnetic Interference-EMI) EMI là nhiễu gây ảnh hưởng đến mạch điện tử do cảm ứng điện từ hoặc bức xạ điện từ phát ra từ nguồn ngoài.
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. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ bán dẫn tốc độ xử lý của các vi xử lý, vi điều khiển nhanh hơn, các mạch có thể gây nhiễu ở những tần số lên đến 300Mhz. EMI SOURCE CULPRIT SIGNAL SIGNAL SOURCE RECEIVER VICTIM COUPLING PATH Hình 1.1: Ba yếu tố để xuất hiện EMI trên hệ thống 1.2 Tương thích điện từ (EMC: Electromagnetic Compatibility) EMC là điều kiện ràng buộc cơ sở mà tất cả các thiết bị điện và điện tử phải đạt được để đảm bảo sự hoạt động đồng bộ của các thiết bị điện và điện tử xung Chương 1 Trang 5 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS. Lê Tiến Thường quanh và an toàn của người sử dụng trong môi trường điện từ.
Theo định nghĩa, EMC gồm hai khía cạnh: phát xạ điện từ và độ nhạy nhiễu điện từ.[1] Tương thích điện từ (TTĐT) là là thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thiết bị điện, điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong môi trường có sự hiện diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường xung quanh chúng tác động vào. Để thực hiện được điều này, ta phải dùng những kỹ thuật để tránh những hiệu ứng không mong muốn mà nhiễu có thể gây ra. Nghiên cứu về tương thích điện từ là tìm các biện pháp kỹ thuật dùng để xử lý các đặc tính trên. Tương thích điện từ được hiểu là: Không được gây ra nhiễu vượt quá mức độ cho phép đối với sự hoạt động bình thường của thiết bị vô tuyến điện tử khác.
Bản thân thiết bị đó phải làm việc bình thường khi các nguồn tín hiệu khác đã làm việc. Việc giảm nhiễu và tương thích điện từ có thể thực hiện bằng cách giải quyết cả hai vấn đề phát xạ và độ nhạy, ví dụ, triệt tiêu nhiễu hoặc bảo vệ bộ thu có khả năng ảnh hưởng bởi nhiễu. Đường dây dẫn giữa bộ phát và thu cũng có thể ảnh hưởng đến sự suy hao của tín hiệu.2 Đặc tính và cấu trúc tấm mạch in nhiều lớp 1.1Cấu trúc của tấm mạch in (stackup) Các tấm mạch in nhiều lớp (stackup) được cấu tạo từ các lớp vật liệu dẫn điện, thảm prepreg và lõi xếp chồng xen kẽ với nhau. Vật liệu prepreg là thảm dệt từ sợi thủy tinh preimpregnated với một loại nhựa được cố ý chỉ lưu hóa một phần.
Lá đồng được ép vào một hoặc cả hai mặt của tấm prepreg còn mặt kia là tấm cách điện (còn gọi là lõi). Để tạo thành cấu trúc tấm mạch in, thảm prepreg và lõi cách điện được ép nóng dưới áp lực. Điều này làm cho prepreg lưu hóa một phần nóng chảy để liên kết các lõi. Sau đó, tấm mạch in được làm lạnh hình thành cấu trúc tấm mạch in hoàn chỉnh.
Chương 1 Trang 6 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS. Lê Tiến Thường Có rất nhiều vật liệu dùng làm lớp thảm. Mỗi vật liệu có một hằng số điện môi và suy hao khác nhau tại các tần số khác nhau. Khi làm việc với bo mạch tốc độ cao, việc chọn một bảng mạch in là vô cùng quan trọng.2: Mô hình các lớp của một tấm mạch in 1.2 Cấu trúc điểm kết nối tín hiệu (vias) Điểm kết nối được sử dụng để nối các đường mạch in trên các lớp khác nhau của bo mạch in.
Một board mạch nhiều lớp sử dụng điểm kết nối để kết nối lớp L1 và L3 được thể hiện như hình.3: Các kiểu điểm kết nối trên PCB Chương 1 Trang 7 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS. Lê Tiến Thường Hình 1.4: Cấu trúc điểm kết nối trên PCB 1.3 Cấu tạo đường mạch in trên board mạch Đường mạch in (trace) cấu tạo từ vật liệu đồng được sử dụng để tạo thành các dây dẫn trên mạch in. Trong thiết kế tốc độ cao, việc chọn kích thước cho các đường mạch in rất quan trọng. Thiết kế đường mạch in có thể tác động đến sự phát xạ hoặc tính toàn vẹn của tín hiệu.
Có hai loại đường mạch in là microstrip và stripline.5: Các dạng đường mạch in trên board 1.3 Trở kháng của các đường mạch in Trở kháng của dây dẫn gây nên sự mất mát tín hiệu trên đường truyền. Trở kháng của dây dẫn phụ thuộc vào độ rộng, độ dày, chiều dài của đường mạch in, nhiệt độ môi trường xung quanh, tần số của tín hiệu và khoảng cách giữa các đường mạch in. Khi đường mạch in hoạt động ở tần số cao, sẽ sinh ra hiệu ứng bề mặt trên các đường mạch in. Hiệu ứng bề mặt của các đường mạch in khác nhau sẽ tác động gây can nhiễu cho các tín hiệu truyền trong hệ thống.1 Trở kháng của đường mạch in tại tần số thấp Hình sau thể hiện đường mạch in đặt trên tấm cách điện được đặt trên một tấm đồng, khi đó trở kháng của đường mạch in được tính toán bằng công thức: Chương 1 Trang 8 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS.
Lê Tiến Thường Rdc = .1) : điện trở suất của vật liệu A: tiết diện của đường mạch in Lengh: chiều dài của đường mạch in Hình 1.6: Các kích thước của đường mạch in Điện trở suất của một số vật liệu tại nhiệt độ phòng thí nghiệm được cho bởi bảng sau: Bảng 1.1: Điện trở suất của một số vật liệu tại nhiệt độ phòng Hầu hết đường mạch in thường có dạng hình chữ nhật với bề rộng là w (width) và bề dày là t (thickness). Nhưng đôi khi do việc chạm khắc đường mạch in trên board không chính xác nên đường mạch in có thể hình thang, thậm chí hình tròn. Đơn vị để biễu diễn kích thước đường mạch in thường là mils (1mil 0. Bề dày t của đường mạch in thường có các giá trị 0.
Trong khi bề rộng đường mạch in có thể có rất nhiều giá trị. Thông thường tại 25 đường mạch in bằng đồng rộng 1 mils và có bề dày là 0.65 mils thì có trở kháng khoảng 700mΩ/ inch. Điện trở suất của vật liệu luôn được quy định tại một nhiệt độ tham chiếu. Trở kháng của vật liệu tăng tuyến tính với nhiệt độ với một hệ số α Rm = 1 + α.2) Chương 1 Trang 9 HVTH: Lâm Hữu Huy Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: PGS-TS.
Lê Tiến Thường Từ các công thức trên ta có thể dễ dàng tính được trở kháng của một đoạn đường mạch in bằng đồng dài 10 inchs, bề dày 0.65 mils và bề rộng 5mils tại nhiệt độ phòng xấp xỉ 1Ω. Cũng với đường mạch in đó nếu nhiệt độ tăng lên đến 60 thì trở kháng là 1.2 Trở kháng vòng của đường mạch in Trở kháng thuần giữa hai đầu đường mạch in bằng đồng được tính toán như ở trên. Nhưng trở kháng của đường trở về cũng là yếu tố để tính toán suy hao trên đường mạch in. Thông thường trở kháng của đường mạch in và đường quay về của nó được tính toán bởi công thức: R = Re + Rr (1.3) Trở kháng của đường mạch in thông thường như tính toán ở trên là 1 Ω.
Giả sử trở kháng của đường quay về là 0.25 Ω, trở kháng thực sự của đường mạch in lúc này là R=1. Nếu ta truyền dòng 1A chạy xuyên qua đường mạch in thì sẽ mất 1V cho trở kháng truyền và 0.25V cho quay về của nó. Việc tính toán trở kháng vòng sẽ phức tạp hơn khi có nhiều tín hiệu cùng sử dụng một đường quay về trên mặt phẳng tham chiếu của nó.
