![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/Untitled.png)
Photo by resources.altium.com
สวัสดีครับ ท่านผู้อ่าน เจอกันอีกครั้งแล้วนะครับ สำหรับเนื้อหาในบทความนี้จะเป็นภาคต่อเนื่องจากครั้งก่อนที่ว่าเราจะทำการออกแบบ PCB อย่างไรเพื่อให้งานที่ออกแบบมีสัญญาณรบกวนให้น้อยที่สุด โดยในภาคนี้จะเน้นไปที่เรื่องเกี่ยวกับ Ground plane เป็นส่วนใหญ่ครับ
ทำความเข้าใจวัตถุประสงค์ของบทความกันก่อนที่จะเข้าไปอ่านว่าเนื้อหาหลักส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงในนี้จะเป็นสัญญาณรบกวนที่เกิดจากเส้นลายวงจรที่ใช้ส่งสัญญาณความถี่สูงเป็นหลัก เพราะเส้นสัญญาณความถี่สูงจะเป็นตัวสร้างสัญญาณรบกวนให้กับสิ่งที่อยู่รอบๆได้มาก ดังนั้นจึงขอแจ้งทำความเข้าใจเพื่อให้ผู้อ่านได้เข้าใจวัตถุประสงค์และนำไปปรับใช้กับงานออกแบบของท่านให้ได้เกิดประโยชน์กับท่านมากที่สุด ถ้าพร้อมแล้วไปเริ่มกันเลยครับ
1. ออกแบบโดยไม่กีดขวาง Ground plane
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/Untitled1.png)
ในการออกแบบลายวงจรพิมพ์เพื่อลดสัญญาณรบกวน จำเป็นต้องพิจารณาว่าจะไม่ทำให้การไหลของกระแสไฟฟ้าเบี่ยงหรืออ้อม จากรูป Vias ถูกจัดเรียงใกล้ชิดกันแบบต่อเนื่อง และ Ground plane (Ground ที่ Layer 2) ได้ถูกแบ่งออก ด้วยรูปแบบดังกล่าวกระแสส่วนใหญ่จะไหลผ่าน Vias (หมายถึง Vias ที่ 4 มุม) ส่งผลให้วงจรมีแนวโน้มที่จะเกิดสัญญาณรบกวนได้ เพราะกระแสมีการไหลอ้อมบริเวณที่มี Vias ติดกัน
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/Untitled2.png)
ถ้าหากต้องการเจาะ Vias ในจำนวนมากจริงๆ ด้วยเหตุผลด้านการออกแบบ ให้ทำระยะห่างระหว่างจุด Vias ตามรูป และปล่อยให้กระแสไหลผ่านระหว่างจุดเหล่านั้น การทำเช่นนี้กระแสสามารถไหลผ่านระหว่าง Vias และกระแสไหลโดยไม่ต้องอ้อมไกล ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่การออกแบบลายวงจรพิมพ์จะลดสัญญาณรบกวนได้
สรุป การออกแบบลายวงจรพิมพ์ที่ช่วยลดสัญญาณรบกวนจะต้องระมัดระวังไม่ให้เกิดการกีดขวาง Ground plane เพราะจะทำให้การไหลของกระแสถูกเบี่ยงหรืออ้อมและเส้นทางการไหลกระแสจะยาวขึ้น ส่งผลให้วงจรมีแนวโน้มที่จะเกิดสัญญาณรบกวนได้
2. ออกแบบโดยไม่แยก Ground planes
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/p3before.png)
เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ที่ต้องการลดสัญญาณรบกวน การคงเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) เป็นอีกอย่างที่สำคัญ ในรูปตัวอย่างด้านบน ตรงปลายของ Ground plane ไม่ได้เชื่อมต่อกันโดยถูกแยกออกจากกัน ดังนั้นจะไม่สามารถรักษาเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) ได้ รูปแบบดังกล่าวอาจสร้างสัญญาณรบกวนในแผงวงจรพิมพ์ได้
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/p3After.png)
รูปแบบเส้นลายวงจรของแผงวงจรพิมพ์ด้านบนเป็นตัวอย่างที่ดีของการคงเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) โดยเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) มีการเชื่อมต่อที่ปลายของ Ground plane ซึ่งมีประสิทธิภาพในการลดสัญญาณรบกวน วงจรอย่างเช่นสายสัญญาณความเร็วสูงและวงจรความถี่สูงที่ให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับสัญญาณรบกวนควรต้องออกแบบให้มีเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path)
สรุป สำหรับวงจรที่ต้องการลดสัญญาณรบกวน เช่น วงจรความถี่สูง ต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) ในกรณีของสัญญาณความเร็วสูงนั้นเส้นทางกลับของสัญญาณ (Return path) จะผ่านชั้นที่เป็น Plane ที่อยู่ในชั้นใต้สายสัญญาณวงจรความถี่สูง ดังนั้นหากเส้นทางกลับไม่ถูกต้องจะทำให้เกิดการไหลของกระแสมีเส้นทางกลับที่ไกลหรือเกิด Loop ที่ใหญ่อันเป็นสาเหตุของการเพิ่มสัญญาณรบกวน ดังนั้นโปรดระมัดระวังในจุดนี้ด้วย
3. ออกแบบโดยป้องกันไม่ให้ Ground plane กลายเป็นเสาอากาศ (Antenna)
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image.png)
สัญญาณรบกวนเกิดขึ้นได้หลายกรณีแม้แต่ในส่วนที่เป็น Ground plane ของแผงวงจรพิมพ์ รูปด้านบนในวงสีแดงส่วน Plane มีลักษณะยื่นออกมาและไม่มี Via ในลักษณะเช่นนี้แม้แต่ Ground plane จะทำให้เกิดเสาอากาศ (Antenna) ที่ปล่อยหรือรับสัญญาณรบกวนได้ ในการพิจารณาสัญญาณรบกวน ไม่แน่เสมอไปว่า Ground plane ขนาดใหญ่จะไม่ทำให้เกิดสัญญาณรบกวน
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image1.png)
ถ้าหากระนาบ Ground plane มีลักษณะยาวและแหลมโดยที่ไม่มี Vias ส่วนนี้ก็จะทำหน้าที่เป็นเสาอากาศโดยปล่อยหรือรับสัญญาณรบกวนได้ ดังนั้นหากมี plane ลักษณะดังกล่าวในแผงวงจรพิมพ์ ให้ทำการตัด plane ส่วนที่ยาวและแหลมออกดังรูปด้านบน หรือวิธีแก้อีกอย่างคือวาง Vias ในตำแหน่งที่เหมาะสมตรงส่วนที่ยาวและแหลมเพื่อลดการสร้างสัญญาณรบกวน
เพิ่มเติม: จะแก้ไขส่วนแหลมของ Plane โดยการขยับหรือปรับเลื่อนเส้นลายวงจรก็ได้ครับ แต่ในรูปเป็นการยกตัวอย่างให้ดูว่าตัด Plane เพื่อไม่ให้มีส่วนแหลม
สรุป ถึงแม้ว่าจะเป็น Ground plane ก็อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อ Ground plane นั้นถูกสร้างให้มีลักษณะยาวและแหลมก็จะทำให้เกิดเป็นเสาอากาศโดยสามารถปล่อยและรับสัญญาณรบกวนได้ ในกรณีดังกล่าวให้เพิ่ม Vias ในตำแหน่งที่เหมาะสมบริเวณส่วนที่ยาวและแหลมของ Plane แต่ถ้าวาง Vias ไม่ได้ก็ให้ตัดส่วนยาวและแหลมนั้นออกไป
4. ไม่ให้มี Ground plane ใต้อุปกรณ์ที่เป็นขดลวดตัวนำ
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image2.png)
การลดสัญญาณรบกวนบนแผงวงจรพิมพ์สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ทั้งส่วนจากอุปกรณ์และเส้นลายวงจรแต่ถ้าสามารถนำไปใช้ลดสัญญาณรบกวนได้ทั้ง 2 ส่วนก็จะทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น เมื่อมีการใช้อุปกรณ์ประเภทขดลวดบนแผงวงจรพิมพ์ถ้าด้านล่างของขดลวดเป็น Ground plane สัญญาณรบกวนมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้กับประจุไฟฟ้าบนลายวงจรของบอร์ด (Plane)
เพิ่มเติม: กรณีของอุปกรณ์ประเภทขดลวดเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวอุปกรณ์ก็จะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น ส่วนของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะส่งผลกระทบต่อตัวนำไฟฟ้าที่อยู่ใกล้กับตัวอุปกรณ์ อาจจะมีผลทำให้เกิดสัญญาณรบกวนขึ้นได้ ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนก็ควรไม่ให้มีตัวนำไฟฟ้าอยู่ใกล้กับอุปกรณ์ดังกล่าว
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image3.png)
ในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์เพื่อลดสัญญาณรบกวน ให้พิจารณาการลดสัญญาณรบกวนทั้งจากอุปกรณ์และเส้นลายวงจร เมื่อมีการใช้อุปกรณ์ประเภทขดลวดเพื่อหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนกับประจุไฟฟ้าบนลายวงจร ให้ตัด Ground plane บนแผงวงจรพิมพ์ที่อยู่ใต้อุปกรณ์ประเภทขดลวดออก เพื่อกำจัดผลกระทบของสัญญาณรบกวน
สรุป การสร้างแผงวงจรพิมพ์ให้มีสัญญาณรบกวนต่ำ จำเป็นต้องออกแบบเส้นลายวงจรให้ไม่ไวต่อสัญญาณรบกวนตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบแล้ว ต้องคำนึงถึงสัญญาณรบกวนระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้และลายวงจรในแผงวงจรพิมพ์ด้วย สิ่งสำคัญเมื่อใช้อุปกรณ์ประเภทขดลวดเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบกับประจุไฟฟ้าบนเส้นลายวงจร ไม่ให้มีเส้นลายวงจรอยู่ใต้อุปกรณ์นั้น
5. สร้าง Ground guard ทุก 4 บิต หรือ 8 บิต บนเส้นสัญญาณ 16 บิต
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image4.png)
เมื่อออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ เส้นลายวงจรอาจเดินเส้นแบบขนานกันอย่างเส้นบัส (Bus wiring) เช่น วงจรหน่วยความจำ ในตัวอย่างด้านบน เส้นสัญญาณ 16 บิต เดินเส้นแบบขนาน การเดินเส้นดังกล่าวจะไวต่อสัญญาณรบกวนจากเส้นที่อยู่ใกล้กัน
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image5.png)
เมื่อเดินเส้นลายวงจรแบบขนานอย่างการเดินเส้นบัส เช่น วงจรหน่วยความจำบนแผงวงจรพิมพ์ ให้ทำ Ground guard ทุก 4 บิต การทำอย่างนี้จะลดผลกระทบของสัญญาณรบกวน (Crosstalk) จากเส้นลายวงจรข้างเคียง แต่ถ้าหากยากที่จะสร้าง Ground guard ทุก 4 บิต เนื่องจากพื้นที่เดินเส้นอันจำกัดก็ให้ทำทุก 8 บิต
สรุป สามารถลดสัญญาณรบกวน Crosstalk ได้โดยการสร้างเส้น Ground guard คั่นระหว่างการเดินเส้นบัส (Bus wiring) อย่างไรก็ตามให้พิจารณาถึงพื้นที่ด้วยว่าสามารถสร้างได้
6. ออกแบบโดยพยายามล้อมรอบขอบบอร์ดด้วย Ground plane
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image6.png)
เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ จำเป็นต้องคำนึงถึงสัญญาณรบกวนจากภายนอกบอร์ด อีกอย่างที่สำคัญคือในบอร์ดก็ไม่ส่งสัญญาณรบกวนออกไปข้างนอกบอร์ด เส้นสีขาวบนรูปด้านบนคือเส้นขอบบอร์ด เส้นสัญญาณที่เดินเส้นใกล้ขอบบอร์ดจะอ่อนไหวต่อสัญญาณรบกวนกับด้านนอกบอร์ด
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image7.png)
การปรับปรุงในตัวอย่างด้านบน ทำขอบบอร์ดให้ล้อมรอบด้วย Ground plane และให้เส้นสัญญาณอยู่ภายใน โดยเชื่อมต่อ Ground plane กับเลเยอร์ข้างในโดยใส่ Vias ให้ระยะห่างเท่าๆ กัน ผลที่ได้ก็คือออกแบบให้วงจรในบอร์ดมีความไวต่อสัญญาณรบกวนจากภายนอกได้น้อยลง และลดการส่งสัญญาณรบกวนออกไปยังภายนอกบอร์ด
สรุป เมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์จำเป็นต้องคำนึงถึงอิทธิพลของสัญญาณรบกวนจากภายนอกบอร์ดที่จะมีผลกับสัญญาณภายในบอร์ดและอีกด้านที่อิทธิพลของสัญญาณรบกวนจากในบอร์ดที่ส่งไปยังภายนอกบอร์ด การทำขอบบอร์ดให้ล้อมรอบด้วย Ground plane จึงเป็นไปได้ที่การออกแบบทำให้มีประสิทธิภาพป้องกันสัญญาณรบกวนทั้งสองอย่าง
7. ไม่สร้างลายวงจรที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับอะไร (Floating island copper)
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image8.png)
เมื่อพื้นผิวลายวงจรที่เป็นทองแดง เช่น กราวด์ ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (การทำ Polygon pour) ลายวงจรที่ไม่เชื่อมต่อกับอะไรเลยจะถูกสร้างขึ้น ลายวงจรที่สร้างในลักษณะลอยๆแบบนี้จะทำตัวเป็นเสาอากาศ (Antenna) ซึ่งเป็นที่มาของสัญญาณรบกวน
เพิ่มเติม: สำหรับโปรแกรมที่ใช้ออกแบบลายวงจรพิมพ์ในรุ่นหลังๆ ได้แก้ไขปัญหาที่เกิดลายวงจรแบบลอยนี้แล้ว โดยมีให้เลือกในขั้นตอนการสร้าง Polygon plane ว่าจะให้มีลายวงจรแบบลอย หรือ ไม่เอาลายวงจรแบบลอย ดังนั้นผู้ออกแบบควรตรวจสอบให้แน่ใจด้วย
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image9.png)
หากพื้นผิวลายวงจรที่เป็นทองแดง เช่น กราวด์ ถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติจากโปรแกรมที่ใช้ในการออกแบบ จำเป็นต้องตั้งค่าเพื่อไม่ให้สร้างลายวงจรลอยขึ้นมา หรือให้ทำการใส่ Vias เพื่อเชื่อมต่อลายวงจรที่ลอยนั้นกับเลเยอร์อื่นเพื่อลดสัญญาณรบกวน
สรุป ถึงแม้ว่าจะเป็น Ground plane ก็อาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้ เนื่องจากถ้าลายวงจรไม่มีการเชื่อมต่อกับอะไรเลยอาจจะทำตัวเป็นเสาอากาศ (Antenna) ในกรณีนี้ให้ใส่ Vias เพื่อเชื่อมต่อกับเลเยอร์อื่นหรือตั้งค่าเพื่อไม่ให้สร้างลายวงจรลอยขึ้นมา
8. ไม่สร้าง Power plane โดยไม่จำเป็น
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image.jpg)
เมื่อสร้างลายวงจรประเภทแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Power supply) บนแผงวงจรพิมพ์ จะสร้างโดยใช้ทั้งส่วนที่เป็นเส้นลายวงจรและ Plane แต่ต้องระมัดระวังเมื่อสร้างลายวงจรแหล่งจ่ายไฟที่เป็น Plane บนเลเยอร์ชั้นในของบอร์ด (Inner layer) ในตัวอย่างข้างบน Power plane ถูกสร้างขึ้นใน Inner layer แต่เนื่องจากพื้นที่บางส่วนของ Plane ไม่มีการเชื่อมต่อกับเลเยอร์อื่นผ่าน Vias ตรงบริเวณนั้นมีโอกาสเกิดสัญญาณรบกวนได้
![](https://ndrsolution.com/wp-content/uploads/2023/05/image10.jpg)
เมื่อสร้างลายวงจรประเภทแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Power supply) ไม่สร้างให้มีขนาดใหญ่เกินความจำเป็น ดังรูปที่แสดงไว้ด้านบน ให้ตัดบางส่วนออกที่ไม่มีการเชื่อมผ่าน Vias และเป็นส่วนที่ไม่ได้ใช้งานแหล่งจ่ายไฟ ทำเป็นลักษณะแบบเส้นดังรูปแทนลักษณะแบบ Plane นี่เป็นสิ่งสำคัญในการลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวนบนแผงวงจรพิมพ์
สรุป การสร้างลายวงจรประเภทแหล่งจ่ายไฟฟ้า (Power supply) ให้มีขนาดใหญ่ไม่ใช่เรื่องดีเสมอไปอาจเป็นสาเหตุทำให้เกิดสัญญาณรบกวนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งลายวงจรแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่สร้างขึ้นใน Inner layer ที่ปกติจะสร้างให้ใหญ่ เราสามารถลดสัญญาณรบกวนได้โดยลบส่วนที่ไม่จำเป็นออกและสร้าง Ground plane เข้าไปแทนบนพื้นที่ว่างนั้น
Summary
จบลงไปเเล้วนะครับ กับเนื้อหาของบทความชุดนี้ หวังว่าจะเป็นประโยชน์กับท่านผู้อ่านนำไปประยุกต์ปรับใช้กับงานออกเเบบของท่านให้เหมาะสม ผู้เขียนก็หวังว่าเนื้อหาที่ได้นำเสนอไปจะเป็นประโยชน์กับทุกท่านที่เข้ามาอ่านกันครับ ไว้พบกันโอกาสหน้า สวัสดีครับ
Created by Sorawit Tasi