Chương 8: Giao thao điện từ (EMI)
8.5. Chế độ thường (Common Mode)
Hình 8-10 là một ví dụ của dòng điện chế độ common. Một tín hiệu chạy trên đường mạch và phản hồi của nó nằm ngay dưới mặt đất. Đây là dòng tín hiệu chế độ vi sai (differential mode), id. Một phần khác của tín hiệu chạy trên đường mạch và phản hồi thì đi theo một đường khác ngoài dự kiến. Đây được gọi là dòng tín hiệu chế độ thường (common mode), ic
Hình 8-10: Các dòng điện chế độ differential và chế độ common
Cái này có thể xẩy ra với nhiều lí do. Một là vì mặt ground (đất) không phải là một chất dẫn điện thật tốt. Có một số độ tự cảm gắn với nó. Có thể xẩy ra sự phân chia điện áp ở nơi mà dòng phản hồi tách ra theo đường đã dự định (id) và một số đường không dự kiến (ic)
Hoặc, có lẽ có một đường dây, hoặc vỏ cáp (ở cáp xoắn) gắn với đường dây. Các tín hiệu có tần số rất lớn có thể chạy dọc trên các đường mạch đó và có sự tán xạ sang các đường dây khác hoặc các bề măt. Đặc tính trở kháng của đường dây trong
không gian được biết là trên mức 370 Ohm, điều này có nghĩa là trở kháng dọc theo những đường không dự định ở trên có thể nằm ở mức này.
Nếu như trở kháng dọc theo tấm phẳng là phân số của một Ohm và tín hiệu phân tán ở mức 370 Ohm, thì ta có thể thấy rằng dòng điện ở chế độ common chỉ bằng một phần nhỏ của dòng điện chính (differential). Nhưng nó không phải bằng không do đó vẫn có một dòng điện nhỏ không mong muốn chạy trên các tấm phẳng.
Chúng ta đã biết ở trong phần trước rằng để kiểm soát EMI chúng ta cần phải tối thiểu hoá vùng lặp. Vấn đề với dòng điện ở chế độ common là chúng ta không biết nó chạy ở đâu. Do vậy chúng có thể tạo ra một vùng lặp rất lớn. Nếu vậy, chúng có thể phát tán rất đáng kể. Bởi vậy một tín hiệu chế độ common có thể rất nhỏ so với dòng điện chính nhưng nếu nó phát tán rộng thì nó vẫn là một vấn đề EMI đáng kể. Hình 8-11 là một định nghĩa chuẩn của dòng chế độ common (ic). Nó thường được thể hiện ở cả đường mạch và ground (đất)
Hình 8-11: Bất cứ tín hiệu nào đều có thể bị chia ra thành các thành phần differential và common
Chúng ta giả sử rằng dòng điện chế độ common là bất cứ dòng điện nào chạy trong mạch dọc theo một đường khác dự tính của chúng ta. Bất cứ sự tổ hợp nào của tín hiêu và dòng phản hồi có thể bị tách thành các thành phần chế độ common và
differential như trong hình 8-11. Ví dụ, giả sử rằng dòng điện trên đường mạch là 10,000µA (10mA) và tín hiệu phản hồi trên mặt phẳng nằm dưới đường mạch thì nhỏ hơn một chút, vào khoảng 9,950µA. Bởi vậy có 50µA chạy ngược theo một số đường khác. Các thành phần common và differential của hình 9-14 sẽ là id= 9,975 µA và ic = 25 µA.
Chúng ta cần phải làm gì với nó? Bởi vì dòng điện common là không định trước, nó dường như là khó kiểm soát. Có một số luật cơ bản để kiểm soát vấn đề common mode
1. Sử dụng các kĩ thuật thiết kế tần số cao ở mọi nơi trong thiết kế của bạn 2. Cần duy trì các tấm phẳng cho tất cả các đường mạch
3. Vấn đề chế độ common là nhỏ hơn với các đường mạch stripline nằm giữa các tấm phẳng. Nếu có thể, tiến hành thiết kế các đường mạch chuẩn hoá trong môi trường stripline.
4. Tối thiểu hoá các stub cũng như các đường mạch ở ngoài dài nối với các đường mạch tốc độ cao. Cố gắng tránh việc một đường mạch mà tín hiệu đi theo các đường không định trước
5. Bởi vì tất cả các đường mạch đều chạy từ mặt nguồn thông qua vật dẫn tới nơi nhận rồi tới mặt ground (đất) và quay trở lại mặt nguồn, nên cần tối thiểu hoá chiều dài đường đi. Một cách để làm điều này là sử dụng các cặp mặt nguồn và đất trong bảng mạch. Để đảm bảo việc hạn chế ảnh hưởng giữa hai nguồn