พื้นฐาน PCB และ EMC

หลักสูตร

อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องมือวัดสำหรับนักพัฒนาระบบฝังตัว · ต่อวงจร บัดกรี อ่านแผนผัง และพื้นฐาน PCB กับ EMC

ระดับ

L2 ทำตามแนวทาง

เวลาโดยประมาณ

65 นาที (แนวคิด 15 · ฝึก 20 · แล็บ 25 · เช็กความเข้าใจ 5)

อุปกรณ์

Eva Kit · Dev Kit

ทักษะที่ฝึก

• การออกแบบ PCB และ EMC ถึง L2
• มาตรฐานและการรับรองผลิตภัณฑ์ ถึง L1

ควรเรียนก่อน

• อ่านแผนผังวงจร

สถานะ

ทดลองใช้ (alpha)

• เปิดสไลด์
• ไฟล์ของบทเรียนบน GitHub

เป้าหมาย

เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณจะ

1. อธิบายหน้าที่ของระนาบกราวด์และตัวเก็บประจุ decoupling ที่วางชิดขาไฟของชิป
2. ระบุปัจจัยที่ทำให้บอร์ดแผ่คลื่นรบกวนหรือไวต่อสัญญาณรบกวนได้อย่างน้อยสามข้อ
3. อธิบายว่าทำไมผลิตภัณฑ์ที่มีวิทยุหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต้องผ่านการทดสอบมาตรฐานก่อนวางขาย

ก่อนเริ่ม

• เข้าใจ decoupling (บทเรียน ชิ้นส่วนพื้นฐาน) ลูปของสายกราวด์โพรบ (บทเรียน ออสซิลโลสโคปเบื้องต้น) และอ่านแผนผังได้ (บทเรียนก่อนหน้า)
• สำหรับแล็บ: บอร์ด แว่นขยายหรือกล้องมือถือ ออสซิลโลสโคปพร้อมโพรบ
• บทนี้เป็นพื้นฐาน การออกแบบแผ่นวงจรและการทดสอบ EMC จริงเป็นวิชาเฉพาะที่ลึกกว่านี้มาก เป้าหมายของเราคืออ่านบอร์ดออกและถามคำถามที่ถูกต้อง

ดูของจริงก่อน

ส่องบอร์ดทั้งสองด้านด้วยแว่นขยายหรือถ่ายภาพระยะใกล้ หาสิ่งเหล่านี้

• ตัวเก็บประจุเล็ก ๆ จำนวนมากที่อยู่ชิดชิปหลัก
• รูเล็ก ๆ (via) จำนวนมากที่เรียงกันเป็นแถวหรือกระจายทั่วบอร์ด โดยเฉพาะรอบขอบและรอบส่วนที่เป็นวิทยุ
• ฝาโลหะครอบชิ้นส่วน (shield can) และบริเวณเสาอากาศที่ไม่มีทองแดงอยู่รอบ ๆ
• ชิ้นส่วนเล็ก ๆ ชิดขั้วต่อ USB (มักเป็นชิ้นส่วนป้องกันไฟฟ้าสถิตหรือ ferrite bead)

ทำไมผู้ออกแบบต้องใส่สิ่งเหล่านี้ทั้งที่แผนผังจะทำงานได้แม้ไม่มีหลายอย่างในนั้น คำตอบคือ แผนผังบอกว่า “อะไรต่อกับอะไร” แต่ไม่ได้บอก “กระแสวิ่งทางไหน” และบนแผ่นวงจรจริง ทางที่กระแสวิ่งคือทุกอย่าง

แนวคิด

1. กระแสต้องวิ่งกลับ: ระนาบกราวด์และ decoupling

กระแสทุกเส้นที่ออกจากขาชิปไปตามลายวงจร ต้องวิ่งกลับมาที่ชิปทางกราวด์ครบวงเสมอ ที่ความถี่สูง กระแสไหลกลับจะเลือกทางที่มี ความเหนี่ยวนำน้อยที่สุด ซึ่งคือทางที่อยู่ใต้ลายสัญญาณพอดี เพราะทำให้พื้นที่ของวงลูปเล็กที่สุด

ซ้าย: ระนาบกราวด์ต่อเนื่อง กระแสไหลกลับวิ่งใต้เส้นสัญญาณพอดี วงลูปเล็ก ขวา: ร่องบนระนาบบังคับให้กระแสอ้อม วงลูปใหญ่ขึ้น แผ่คลื่นและรับสัญญาณรบกวนได้มากขึ้น

ระนาบกราวด์ (ground plane) คือชั้นทองแดงเต็มแผ่นในแผ่นวงจร (บอร์ดสี่ชั้นมักเรียงเป็น สัญญาณ / กราวด์ / ไฟเลี้ยง / สัญญาณ) มันให้กระแสไหลกลับอยู่ใต้ลายสัญญาณได้ทุกเส้น ลูปจึงเล็ก ความต้านทานและความเหนี่ยวนำของกราวด์ต่ำ ถ้าระนาบมีร่องหรือถูกตัดใต้ลายสัญญาณ กระแสต้องอ้อม ลูปใหญ่ขึ้นทันที (ภาพขวา) กฎที่จำง่ายคือ อย่าให้ลายสัญญาณเร็ววิ่งข้ามร่องของระนาบกราวด์

Decoupling ต้องชิด ตัวเก็บประจุจริงไม่ได้มีแต่ความจุ ตัวถังและลายวงจรที่ต่อกับมันมีความเหนี่ยวนำ (ESL) ด้วย

ตัวเก็บประจุ 100 nF กับความเหนี่ยวนำรวม 1 nH จะเรโซแนนซ์ที่ f0 = 1 / (2π √(1 nH × 100 nF)) ≈ 15.9 MHz
ที่ 100 MHz: ส่วนตัวเก็บประจุในอุดมคติมีอิมพีแดนซ์ 1 / (2π × 100 MHz × 100 nF) ≈ 0.016 Ω
            แต่ส่วนความเหนี่ยวนำมี 2π × 100 MHz × 1 nH ≈ 0.63 Ω  ใหญ่กว่าเกือบ 40 เท่า

เหนือความถี่เรโซแนนซ์ ตัวเก็บประจุทำตัวเหมือนตัวเหนี่ยวนำ ที่ความถี่สูงจึง ตำแหน่งและความยาวของลูปสำคัญกว่าค่าความจุ ลายวงจรที่ยาวเกินอีก 5 mm เพิ่มความเหนี่ยวนำราว 5 nH (กฎหยาบราว 1 nH ต่อมิลลิเมตร) ถ้ากระแสเปลี่ยน 25 mA ภายใน 1 ns แรงดันกระเพื่อมเพิ่ม 5 nH × 25 mA / 1 ns = 0.125 V

ตัวเก็บประจุ decoupling ต้องวางชิดขาไฟของชิป ลูประหว่างขาไฟ ตัวเก็บประจุ และกราวด์ยิ่งเล็กยิ่งมีความเหนี่ยวนำน้อย

ผู้ออกแบบจึงวางตัวเก็บประจุเล็กชิดขาไฟทุกขา เจาะ via ลงระนาบกราวด์และไฟเลี้ยงให้สั้นที่สุด และมักใช้หลายค่าร่วมกันเพื่อครอบคลุมหลายช่วงความถี่

2. อะไรทำให้บอร์ดแผ่คลื่นหรือโดนรบกวน

EMC (electromagnetic compatibility) คือความสามารถของอุปกรณ์ที่จะทำงานได้ในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้า โดยไม่รบกวนอุปกรณ์อื่นเกินขีดจำกัด (emission) และไม่เสียเมื่อถูกรบกวนในระดับที่กำหนด (immunity)

ปัจจัย	ทำไม	ทางแก้ที่พบบ่อย
พื้นที่ลูปใหญ่	ลูปคือเสาอากาศ สำหรับลูปเล็ก สนามที่แผ่ออกแปรตามกระแส พื้นที่ลูป และกำลังสองของความถี่ และลูปใหญ่ก็รับสัญญาณรบกวนได้มากเช่นกัน	ระนาบกราวด์ต่อเนื่อง ลายสัญญาณอยู่ชิดทางกลับ
ขอบสัญญาณเร็ว	ขอบที่ขึ้นภายใน t_r มีพลังงานกระจายถึงราว 0.35 / t_r เช่น ขอบ 1 ns ไปถึงราว 350 MHz แม้สัญญาณจะเป็นแค่ 1 MHz	ลดความแรงของขาออก (drive strength) ใส่ตัวต้านทานอนุกรมเล็ก ๆ ใช้ขอบช้าที่สุดที่งานยอมได้
สัญญาณนาฬิกาและฮาร์มอนิก	คลื่นสี่เหลี่ยม 25 MHz มีฮาร์มอนิกคี่ที่ 75, 125, 175 MHz …	ลายนาฬิกาสั้น อยู่ชั้นในระหว่างระนาบ ใช้นาฬิกาแบบ spread-spectrum ถ้าชิปรองรับ
สายเคเบิลเป็นเสาอากาศ	สายยาวราวหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นแผ่และรับคลื่นได้ดี สาย 1 m ตรงกับ λ / 4 ที่ 75 MHz	ferrite bead หรือตัวกรองที่ขั้วต่อ สายมีชีลด์ต่อกราวด์ถูกจุด
ขั้วต่อที่ไม่มีการป้องกัน	ไฟฟ้าสถิตและสัญญาณรบกวนเข้าทางขั้วต่อเป็นอันดับแรก	ไดโอด TVS ตัวกรอง RC ชิดขั้วต่อ
จุดความต้านทานสูงหรือขาลอย	รับสนามไฟฟ้ารอบตัวได้ง่าย (เห็นมาแล้วในบทเรียนเรื่องขาลอย)	pull-up หรือ pull-down ตัวกรองที่ขา ADC
decoupling ไม่พอหรือไกล	ไฟเลี้ยงกระเพื่อมกลายเป็นสัญญาณรบกวนของทุกชิปที่ใช้ไฟเส้นนั้น	ตัวเก็บประจุชิดขา หลายค่า via สั้น

3. ทำไมต้องทดสอบก่อนวางขาย

คลื่นวิทยุเป็นทรัพยากรที่ทุกคนใช้ร่วมกัน อุปกรณ์ชิ้นเดียวที่แผ่คลื่นเกินกำหนดอาจรบกวนวิทยุการบิน อุปกรณ์การแพทย์ หรือเครือข่ายสื่อสารของคนทั้งอาคาร และอุปกรณ์ที่ไม่ทนต่อไฟฟ้าสถิตหรือคลื่นรอบตัวอาจทำงานผิดในจังหวะที่อันตราย ประเทศต่าง ๆ จึงกำหนดให้ผลิตภัณฑ์ต้องผ่านการทดสอบก่อนวางขาย

• EMC ด้านการแผ่คลื่น เช่น มาตรฐานตระกูล CISPR (CISPR 32 สำหรับอุปกรณ์มัลติมีเดียและเทคโนโลยีสารสนเทศ)
• EMC ด้านความทนทาน เช่น CISPR 35 และชุดการทดสอบ IEC 61000-4-x (IEC 61000-4-2 คือการทดสอบไฟฟ้าสถิต)
• วิทยุ การใช้คลื่นความถี่ต้องเป็นไปตามกฎของแต่ละประเทศ เช่น ETSI EN 300 328 สำหรับย่าน 2.4 GHz ในยุโรป และ FCC Part 15 ในสหรัฐอเมริกา ในประเทศไทย เครื่องวิทยุคมนาคมอยู่ในความดูแลของ กสทช. (คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ)
• ความปลอดภัยทางไฟฟ้า เช่น IEC 62368-1 สำหรับอุปกรณ์เสียง ภาพ และเทคโนโลยีสารสนเทศ ในประเทศไทยผลิตภัณฑ์บางประเภทต้องเป็นไปตามมาตรฐานบังคับของ สมอ. (สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม)

รายการมาตรฐานที่ต้องผ่านจริงขึ้นกับชนิดสินค้าและประเทศที่ขาย ต้องตรวจกับหน่วยงานหรือห้องทดสอบที่ได้รับการรับรองทุกครั้ง ข้อที่มักเข้าใจผิดคือ ใช้โมดูลวิทยุที่ผ่านการรับรองแล้ว ไม่ได้แปลว่าผลิตภัณฑ์ทั้งชิ้นผ่านโดยอัตโนมัติ บอร์ด สายไฟ แหล่งจ่าย และกล่อง ล้วนเปลี่ยนผลการแผ่คลื่นได้ ทีมที่มีประสบการณ์จึงทำ pre-compliance เอง ด้วยโพรบสนามใกล้ (near-field probe) กับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ตั้งแต่ต้นแบบแรก ๆ เพราะแก้ตอนออกแบบถูกกว่าแก้หลังทดสอบไม่ผ่านหลายเท่า

ตัวอย่างสมบูรณ์

โจทย์ ทีมหนึ่งส่งต้นแบบอุปกรณ์วัดอุณหภูมิที่ส่งข้อมูลทาง WiFi ไปทดสอบ การแผ่คลื่นเกินขีดจำกัดที่ราว 75 MHz และ 125 MHz ทบทวนแบบแล้วพบว่า

1. บอร์ดสองชั้น ลายนาฬิกา 25 MHz ของหน่วยความจำภายนอกยาว 6 cm และวิ่งข้ามร่องของกราวด์ที่ถูกตัดไว้ให้ลายไฟเลี้ยง
2. ตัวเก็บประจุ decoupling ของชิปหลักวางห่างขาไฟราว 15 mm ต่อด้วยลายเส้นเล็ก
3. สาย USB ยาว 1 m ต่อตรงจากขั้วต่อ ไม่มีตัวกรอง

วิเคราะห์

• 75 และ 125 MHz คือฮาร์มอนิกที่ 3 และ 5 ของนาฬิกา 25 MHz ต้นตอจึงน่าจะเป็นลายนาฬิกา
• ลายนาฬิกาข้ามร่องของกราวด์ กระแสไหลกลับต้องอ้อม ลูปใหญ่ (ปัจจัยข้อพื้นที่ลูป)
• สาย USB 1 m มี λ / 4 ตรงกับ 75 MHz พอดี สัญญาณรบกวนที่รั่วถึงสายจึงถูกแผ่ออกได้ดี (ปัจจัยข้อสายเคเบิล)
• decoupling ไกล 15 mm เพิ่มความเหนี่ยวนำราว 15 nH (กฎหยาบ 1 nH ต่อมิลลิเมตร) เหนือความถี่ไม่กี่ MHz ตัวเก็บประจุแทบไม่ช่วยแล้ว

แก้ตามลำดับความคุ้ม

1. เดินลายนาฬิกาใหม่ให้สั้นและไม่ข้ามร่อง หรือปิดร่องแล้วเปลี่ยนไปใช้บอร์ดสี่ชั้นที่มีระนาบกราวด์เต็มแผ่น
2. ใส่ตัวต้านทานอนุกรม 22 ถึง 33 Ω ชิดขาต้นทางของนาฬิกา หรือลดความแรงของขาออก เพื่อให้ขอบช้าลง
3. ย้ายตัวเก็บประจุ decoupling ชิดขาไฟ ใช้ via สั้นลงระนาบ
4. ใส่ ferrite bead หรือตัวกรองสำหรับ USB ชิดขั้วต่อ

จากนั้นทำ pre-compliance ด้วยโพรบสนามใกล้เทียบก่อนและหลังแก้ ก่อนส่งทดสอบรอบใหม่

ฝึกเติม

1. ตัวเก็บประจุ 10 nF มีความเหนี่ยวนำรวม 0.8 nH เรโซแนนซ์ที่ความถี่เท่าไร เหนือความถี่นั้นมันทำตัวอย่างไร
2. ขอบสัญญาณขึ้นใน 2 ns พลังงานกระจายไปถึงความถี่ราวเท่าไร
3. สายยาว 0.5 m มี λ / 4 ตรงกับความถี่เท่าไร (ใช้ความเร็วแสง 3 × 10⁸ m/s)
4. นาฬิกา 16 MHz เป็นคลื่นสี่เหลี่ยม ฮาร์มอนิกสามตัวแรกที่แรงที่สุดอยู่ที่ความถี่ใด
5. บอกปัจจัยสามข้อที่ทำให้บอร์ดไวต่อสัญญาณรบกวน (immunity) พร้อมทางแก้
6. บริษัทใช้โมดูล WiFi ที่ผ่านการรับรองแล้ว จึงสรุปว่าผลิตภัณฑ์ไม่ต้องทดสอบ EMC อีก คุณจะตอบอย่างไร

เฉลย

1. f0 = 1 / (2π √(0.8 nH × 10 nF)) ≈ 56.3 MHz เหนือความถี่นี้อิมพีแดนซ์ถูกกำหนดด้วยความเหนี่ยวนำ ทำตัวเหมือนตัวเหนี่ยวนำ ยิ่งความถี่สูงยิ่งกรองได้น้อยลง
2. 0.35 / 2 ns = 175 MHz
3. λ = 4 × 0.5 m = 2 m จึงได้ f = 3 × 10⁸ / 2 = 150 MHz
4. คลื่นสี่เหลี่ยม (duty 50%) มีแต่ฮาร์มอนิกคี่ ตัวที่แรงสุดคือความถี่หลัก 16 MHz ตามด้วย 48 MHz และ 80 MHz
5. เช่น ขาลอยหรือจุดความต้านทานสูง (ใส่ pull-up หรือ pull-down) สายเซนเซอร์ยาวไม่มีตัวกรอง (ใส่ตัวกรอง RC หรือ ferrite ชิดขั้วต่อ) ขั้วต่อที่ไม่มีการป้องกันไฟฟ้าสถิต (ไดโอด TVS ชิดขั้วต่อ) ลูปใหญ่ (ระนาบกราวด์ต่อเนื่อง) decoupling ไม่พอ (ตัวเก็บประจุชิดขา)
6. การรับรองของโมดูลครอบคลุมตัวโมดูลในเงื่อนไขที่ทดสอบ ส่วนบอร์ดหลัก สายไฟ แหล่งจ่าย และกล่อง แผ่คลื่นและรับคลื่นได้เอง ผลิตภัณฑ์ทั้งชิ้นยังต้องผ่านการทดสอบ EMC และความปลอดภัยตามข้อกำหนดของตลาดที่จะขาย ข้อกำหนดด้านวิทยุของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปก็ต้องตรวจกับหน่วยงานของประเทศนั้น

เช็กความเข้าใจ

ตอบคำถามใน quiz.yaml ให้ถูกอย่างน้อย 4 ใน 5 ข้อ

แล็บ

ส่วน A: อ่านบอร์ดด้วยตา ใช้แว่นขยายหรือภาพระยะใกล้ของบอร์ดคุณ (และแผนผังถ้ามี) เติมตาราง

สิ่งที่หา	พบที่ไหน / กี่ชิ้น	ทำหน้าที่อะไร
ตัวเก็บประจุ decoupling รอบชิปหลัก
via ที่เรียงเป็นแถว (stitching via)
ฝาโลหะครอบ (shield can)
บริเวณเสาอากาศที่เว้นทองแดง
ชิ้นส่วนป้องกันหรือตัวกรองชิดขั้วต่อ USB
ferrite bead (รหัส FB บนแผนผัง)

ส่วน B: ลูปคือเสาอากาศ (ออสซิลโลสโคป ไม่ต้องต่อกับบอร์ด)

1. ตั้งโพรบ 10× หนีบปากคีบกราวด์ของโพรบเข้ากับปลายโพรบของตัวเอง ให้สายกราวด์เป็นวงลูป ไม่ต้องแตะบอร์ด
2. ตั้ง 20 mV/div, AC coupling, timebase ราว 1 µs/div, trigger แบบ Auto
3. ถือวงลูปไว้เหนือบอร์ดที่เปิดทำงานอยู่ (ราว 1 cm) ค่อย ๆ เลื่อนไปทั่วบอร์ด ชิดชิปหลัก ชิดตัวควบคุมแรงดัน และตามสาย USB จดตำแหน่งที่สัญญาณแรงที่สุด
4. ทำซ้ำโดยบีบลูปให้เล็กลง (ม้วนสายกราวด์ให้วงเล็ก) แล้วเทียบขนาดสัญญาณที่รับได้ตำแหน่งเดิม
5. สรุปว่าขนาดลูปมีผลกับสัญญาณที่รับได้อย่างไร และเชื่อมกับเหตุผลที่สปริงกราวด์ให้ภาพที่สะอาดกว่าในบทเรียนออสซิลโลสโคป

ส่วน C (ถ้ามีเวลา): สัญญาณรบกวนบนไฟเลี้ยง วัดราง 3V3 ด้วย AC coupling และกราวด์สั้นแบบในบทเรียน ออสซิลโลสโคปเบื้องต้น ขณะที่บอร์ดทำงานเบา ๆ เทียบกับตอนที่จอกำลังอัปเดตหรือการเชื่อมต่อไร้สายกำลังทำงาน จดแรงดันกระเพื่อมยอดถึงยอดของทั้งสองสภาวะ

ไปต่อ

คุณผ่านครบทั้งหกโมดูลของหลักสูตรนี้แล้ว ทักษะที่ได้ใช้ต่อได้ทันทีกับหลักสูตรที่ทำงานกับบอร์ดจริง เช่น TESAIoT Firmware Stack ที่เขียนเฟิร์มแวร์ภาษา C บน TESAIoT Dev Kit ทุกครั้งที่โปรแกรมบอกว่า “ส่งแล้ว” หรือ “อ่านได้แล้ว” คุณมีเครื่องมือพิสูจน์ด้วยตัวเองว่ามันจริงหรือไม่

สะท้อนคิด

ถ้าคุณกำลังออกแบบผลิตภัณฑ์ชิ้นแรกของตัวเอง ข้อใดในบทนี้ที่คุณจะเช็กเป็นอันดับแรกตั้งแต่ตอนวางชิ้นส่วน และเพราะอะไร

แหล่งอ้างอิง

• Printed circuit board (Wikipedia)
• Electromagnetic compatibility (Wikipedia)
• Decoupling capacitor (Wikipedia)

คำถามทบทวน

ลองตอบเองก่อน แล้วค่อยเปิดดูเฉลย

1. ทำไมตัวเก็บประจุ decoupling ต้องวางชิดขาไฟของชิปที่สุด (เป้าหมายข้อ 1)

   1. เพื่อให้ค่าความจุเพิ่มขึ้น
   2. เพื่อให้ลูประหว่างขาไฟ ตัวเก็บประจุ และกราวด์เล็ก ความเหนี่ยวนำต่ำ จ่ายกระแสเร็วได้ทันที
   3. เพื่อให้ประกอบง่าย
   4. เพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตที่ขั้วต่อ
   ดูเฉลย

   คำตอบ: B. เพื่อให้ลูประหว่างขาไฟ ตัวเก็บประจุ และกราวด์เล็ก ความเหนี่ยวนำต่ำ จ่ายกระแสเร็วได้ทันที

   ลายวงจรทุกมิลลิเมตรเพิ่มความเหนี่ยวนำราว 1 nH เหนือความถี่เรโซแนนซ์ตัวเก็บประจุทำตัวเหมือนตัวเหนี่ยวนำ ตำแหน่งจึงสำคัญกว่าค่าความจุที่ความถี่สูง

2. ระนาบกราวด์ต่อเนื่องใต้ลายสัญญาณช่วยเรื่องใดมากที่สุด (เป้าหมายข้อ 1)

   1. ทำให้กระแสไหลกลับวิ่งใต้ลายสัญญาณพอดี ลูปเล็ก แผ่คลื่นและรับสัญญาณรบกวนน้อย
   2. ทำให้บอร์ดแข็งแรงขึ้น
   3. ลดแรงดันไฟเลี้ยง
   4. ทำให้สัญญาณวิ่งเร็วขึ้นกว่าความเร็วแสง
   ดูเฉลย

   คำตอบ: A. ทำให้กระแสไหลกลับวิ่งใต้ลายสัญญาณพอดี ลูปเล็ก แผ่คลื่นและรับสัญญาณรบกวนน้อย

   กระแสความถี่สูงเลือกทางกลับที่มีความเหนี่ยวนำน้อยที่สุด ซึ่งคือใต้ลายสัญญาณ ถ้าระนาบมีร่องใต้ลาย กระแสต้องอ้อมและลูปใหญ่ขึ้น

3. ข้อใดทำให้บอร์ดแผ่คลื่นรบกวนหรือไวต่อสัญญาณรบกวนมากขึ้น (เลือกได้มากกว่าหนึ่งข้อ) (เป้าหมายข้อ 2)

   1. ลายสัญญาณนาฬิกาวิ่งข้ามร่องของระนาบกราวด์
   2. ขอบสัญญาณเร็วกว่าที่งานต้องการมาก
   3. สายเคเบิลยาวที่ไม่มีตัวกรองที่ขั้วต่อ
   4. ระนาบกราวด์เต็มแผ่นไม่มีร่อง
   5. ขาเข้าที่ปล่อยลอย
   ดูเฉลย

   คำตอบ: A. ลายสัญญาณนาฬิกาวิ่งข้ามร่องของระนาบกราวด์ · B. ขอบสัญญาณเร็วกว่าที่งานต้องการมาก · C. สายเคเบิลยาวที่ไม่มีตัวกรองที่ขั้วต่อ · E. ขาเข้าที่ปล่อยลอย

   ลูปใหญ่ ขอบเร็ว สายเคเบิลที่เป็นเสาอากาศ และจุดความต้านทานสูงหรือขาลอย ล้วนเพิ่มการแผ่หรือการรับคลื่น ระนาบกราวด์เต็มแผ่นคือทางแก้ ไม่ใช่ต้นเหตุ

4. สัญญาณดิจิทัล 1 MHz ที่มีขอบขาขึ้น 1 ns มีพลังงานกระจายไปถึงความถี่ราวเท่าไร (เป้าหมายข้อ 2)

   1. 1 MHz
   2. 2 MHz
   3. ราว 350 MHz
   4. 1 GHz ขึ้นไปเสมอ
   ดูเฉลย

   คำตอบ: C. ราว 350 MHz

   ใช้กฎหยาบ 0.35 / t_r = 0.35 / 1 ns ≈ 350 MHz ความเร็วของขอบ ไม่ใช่ความถี่ของสัญญาณ เป็นตัวกำหนดว่าคลื่นรบกวนไปถึงความถี่สูงแค่ไหน

5. ผลิตภัณฑ์ใช้โมดูล WiFi ที่ผ่านการรับรองแล้ว ข้อใดถูกต้องเกี่ยวกับการทดสอบก่อนวางขาย (เป้าหมายข้อ 3)

   1. ไม่ต้องทดสอบอะไรอีก เพราะโมดูลผ่านแล้ว
   2. ผลิตภัณฑ์ทั้งชิ้นยังต้องผ่านการทดสอบ EMC และความปลอดภัย และตรวจข้อกำหนดด้านวิทยุของประเทศที่จะขาย เพราะบอร์ด สาย และกล่องเปลี่ยนการแผ่คลื่นได้
   3. ทดสอบเฉพาะความปลอดภัยทางไฟฟ้าก็พอ
   4. ทดสอบเฉพาะในประเทศที่ผลิต ส่วนประเทศที่ขายไม่เกี่ยว
   ดูเฉลย

   คำตอบ: B. ผลิตภัณฑ์ทั้งชิ้นยังต้องผ่านการทดสอบ EMC และความปลอดภัย และตรวจข้อกำหนดด้านวิทยุของประเทศที่จะขาย เพราะบอร์ด สาย และกล่องเปลี่ยนการแผ่คลื่นได้

   คลื่นวิทยุเป็นทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน และอุปกรณ์ต้องไม่รบกวนผู้อื่นหรือทำงานผิดเมื่อถูกรบกวน การรับรองโมดูลครอบคลุมแค่ตัวโมดูล ผลิตภัณฑ์ต้องผ่านข้อกำหนดของตลาดที่ขาย เช่น กสทช. ในประเทศไทย

อ้างอิงบทเรียนนี้

ถ้านำบทเรียนนี้ไปสอน ทำสไลด์ หรือทำเอกสารต่อ ให้อ้างอิงด้วยข้อความนี้ ถ้าดัดแปลงเนื้อหา ให้เติม (ดัดแปลง)ต่อท้ายชื่อบทเรียน

"พื้นฐาน PCB และ EMC" จาก TESA Open Knowledge โดยสมาคมสมองกลฝังตัวไทย (Thai Embedded Systems Association: TESA) https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program สัญญาอนุญาต CC BY-NC 4.0

ข้อความอ้างอิงภาษาอังกฤษ: "PCB and EMC basics" from TESA Open Knowledge by the Thai Embedded Systems Association (TESA), https://github.com/tesaiot/tesa-qualification-program, licensed under CC BY-NC 4.0

ลิงก์บทเรียน: https://tesaiot.github.io/tesa-qualification-program/courses/electronics-and-instruments/m06-build-and-read/l04-pcb-and-emc-basics/

วิธีอ้างอิง TESA ฉบับเต็ม