ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC: Electromagnetic Compatibility) เป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จุดประสงค์คือการทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและตอบสนองต่อการใช้งานที่มีความต้องการสูง ในขณะเดียวกันก็สามารถลดสัญญาณรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI: Electromagnetic Interference) ต่ออุปกรณ์อื่นให้เหลือน้อยที่สุด การปฏิบัติตามข้อกำหนดหรือมาตรฐาน EMC เป็นสิ่งสำคัญในการสร้างความน่าเชื่อถือและความมั่นใจในการใช้งานอุปกรณ์นั้น ๆ ตลอดจนรักษาความพึงพอใจของผู้ใช้งานได้ ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการกำหนดแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นไปตามข้อกำหนด EMC และเน้นย้ำถึงข้อผิดพลาดทั่วไปหรือปัญหาที่ควรหลีกเลี่ยง

การปฏิบัติตามข้อกำหนด EMC เป็นเรื่องสำคัญในกระบวนการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เกี่ยวข้องกับประเด็นสำคัญ 2 ประการ  คือ

1.การปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: การตรวจสอบว่าอุปกรณ์ไม่ได้ปล่อยพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเกินกว่าระดับที่ยอมรับได้

2.การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: การตรวจสอบว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แม้จะได้รับพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานภายนอก

โดยทั่วไปจะมีมาตรฐานมากำกับดูแล เช่น มาตรฐานที่กำหนดโดย FCC CISPR และ IEC ด้วยการกำหนดข้อจำกัดและขั้นตอนการทดสอบต่างๆ สำหรับการปฏิบัติตาม EMC ดังนั้นการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ จึงต้องคำนึงถึง มาตรการด้าน EMC ตั้งแต่การเริ่มต้นการผลิต ซึ่งมีประโยชน์ในการช่วยลดต้นทุนการผลิตตั้งแต่ต้น ลดระยะเวลาในการนำออกสู่ตลาดและหลีกเลี่ยงการนำกลับมาออกแบบใหม่อีกครั้งที่อาจจะมีค่าใช้จ่ายสูงขึ้น

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดตามข้อกำหนด EMC สำหรับการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

1. การออกแบบและเค้าโครง PCB

โครงร่างและตำแหน่งของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนแผงวงจร (PCB) มีผลต่อประสิทธิภาพ EMC ดังนั้น การออกแบบที่ดีจะช่วยลดการกวนกันของสัญญาณและเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันได้:

- การติดตั้งแผงกราวด์หรือสายดิน ใช้กราวด์ที่ต่อเนื่องกันเป็นแผ่นระนาบเดียวกันและต้องมีความมั่นคงการวางบนแผง PCB เพื่อลดค่าอิมพีแดนซ์และทำให้สัญญาณไหลได้ครบวงจร นอกจากนี้คือการหลีกเลี่ยงการใช้กราวด์แบบแยกส่วน เว้นแต่มีความจำเป็นอย่างยิ่ง และให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อกราวด์อย่างเหมาะสมเมื่อเกิดการแยกส่วนกัน

- การกำหนดเส้นทางของสายสัญญาณ โดยการลดความยาวของสายสัญญาณความเร็วสูงเพื่อลดการแพร่คลื่น และการใช้คู่สัญญาณที่แตกต่างกันสำหรับสายสัญญาณที่มีความเร็วสูงเพื่อให้มีการป้องกันสัญญาณรบกวนกันดีขึ้น ตลอดจนการกำหนดเส้นทางของสายสัญญาณโดยตรง ให้อยู่เหนือแผงกราวด์เพื่อลดพื้นที่ของลูปสัญญาณและการแพร่คลื่น

- การวางตัวเก็บประจุ วางตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนให้ใกล้กับพินของตัวจ่ายไฟหรือพลังงานของ ICให้มากที่สุด เพื่อให้สามารถกรองสัญญาณรบกวนความถี่สูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

- การมีระยะห่างระหว่างสัญญาณ รักษาระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างสายสัญญาณอนาล็อก ดิจิทัล และสายตัวจ่ายไฟ เพื่อลดสัญญาณรบกวน (Crosstalk) และสัญญาณรบกวนอื่นๆ

2. การป้องกันและการห่อหุ้ม

การป้องกันที่มีประสิทธิภาพจะช่วยปกป้องอุปกรณ์จากการสิ่งรบกวนจากภายนอกหรืออีกทางนึงคือการป้องกันไม่ให้มีการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา:

-การหุ้มตัวนำ ใช้การหุ้มโลหะหรือพลาสติกเคลือบตัวนำเพื่อปิดกั้นการแพร่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

-การชิลสายเคเบิล ใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนป้องกันสำหรับสายสัญญาณและไฟฟ้า และให้แน่ใจว่ามีการต่อสายดินของฉนวนป้องกันสายเคเบิลอย่างถูกต้องเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้สายนั้นทำหน้าที่เป็นสายอากาศแทน

- การจัดการตะเข็บหรือรอยต่อ ลดช่องว่างและตะเข็บในการหุ้มให้เหลือน้อยที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วไหลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

3. การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ

แหล่งจ่ายไฟที่มีสัญญาณรบกวนอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของ EMC:

ตัวกรอง: การใช้ตัวกรอง LC หรือ RC บนสายไฟเพื่อลดสัญญาณรบกวนที่ส่งมาตามสายสัญญาณ

ความสมบูรณ์ของพลังงาน (Signal Integrity): ให้แน่ใจว่าจ่ายพลังงานอย่างมีเสถียรภาพโดยใช้ตัวเก็บประจุบายพาส (Bypass) และตัวเก็บประจุ (Bulk) ที่เหมาะสมในการออกแบบ

ตัวควบคุมการสลับ (Switching): สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์สับเปลี่ยนการจ่ายไฟ ให้ลดสัญญาณรบกวนจากการสลับโดยปรับเค้าโครงหรือเลย์เอาต์ให้เหมาะสมและใช้วงจรสนับเบอร์เพื่อป้องกันแรงดันกระโชก

4. การเลือกส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อย่างเหมาะสม

การเลือกส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมส่งผลต่อทั้งการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการป้องกันการกวนกันของสัญญาณ:

การใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่า EMI ต่ำ เลือกส่วนประกอบที่มีค่า EMI ต่ำ

การใช้ออสซิลเลเตอร์เวลา (Clock Oscillators) เลือกออสซิลเลเตอร์ที่มีสัญญาณรบกวนเฟสต่ำและฮาร์มอนิกที่น้อยเพื่อลดการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกินจำเป็น

การเลือกใช้ขั้วหรือหัวต่อ (Connector) ที่มีการจัดการด้าน EMC ใช้หัวต่อที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งาน EMC เพื่อเพิ่มการการป้องกัน EMI หรือการหุ้มฉนวนแทนได้

5. การทดสอบควรจะกระทำตั้งแต่ในระยะเริ่มต้นการออกแบบและทดสอบแบบซ้ำไปซ้ำมา

การทดสอบจะช่วยตรวจสอบปัญหาก่อนการผลิตและช่วยยืนยันความสอดคล้องกับข้อกำหนด EMC:

การทดสอบก่อนปฏิบัติตามข้อกำหนด: ใช้โพรบแบบระยะ( Near Field) พร้อมเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม และห้องปฏิบัติการสำหรับ EMC เพื่อทดสอบการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการป้องกันต่างๆในแต่ละขั้นตอนในการพัฒนาออกแบบ

เครื่องมือในการจำลอง(Simulation): ใช้ซอฟต์แวร์จำลอง EMC เพื่อคาดการณ์และแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก่อนสร้างตัวต้นแบบทางกายภาพ (Physical Prototype)

การทดสอบแบบวนซ้ำ: ตรวจสอบประสิทธิภาพของ EMC ด้วยการทดสอบซ้ำเพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบเป็นไปตามข้อกำหนด

ปัญหาข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด EMC

1. ละเลยหลักการต่อสายดินหรือการลงกราวด์

การต่อลงดินที่ไม่เหมาะสมเป็นสาเหตุที่พบบ่อยของปัญหา EMC แผ่นกราวด์ที่ลอยหรือไม่ต่อเนื่องทำให้เกิดลูปกราวด์ ซึ่งนำไปสู่การแพร่คลื่นมากเกินไปและไวต่อสัญญาณรบกวน ดังนั้นจึงควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผ่นกราวด์มีความแข็งแรงและเชื่อมต่อกันได้ดีตลอดทาง

2. มองข้ามความสมบูรณ์ของสัญญาณ (Signal Integrity)

การออกแบบเส้นทางสายสัญญาณที่ไม่ดีและการแยกสัญญาณที่ระยะไม่เพียงพออาจทำให้เกิดการรบกวนกันข้ามสาย (Crosstalk) และลดคุณภาพสัญญาณ ควรหลีกเลี่ยงการออกแบบเส้นทางสายสัญญาณที่อยู่ใกล้กับสายไฟที่มีสัญญาณรบกวนหรือสัญญาณความเร็วสูง

3. การป้องกันที่ไม่เพียงพอ

การป้องกันที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้ไม่สามารถป้องกัน EMI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การใช้กล่องหรือฉนวนที่มีช่องว่างหรือรอยต่อขนาดใหญ่ หรือการไม่ต่อลงดินอย่างถูกต้อง ควรให้ความสำคัญกับเส้นทางการเชื่อมต่อสายและรูระบายอากาศที่สามารถนำไปสู่การรั่วไหลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

4. สัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ

สัญญาณรบกวนจากตัวควบคุมการสลับ (Switching) หรือแหล่งจ่ายไฟที่กรองไม่ดีอาจทำให้เกิดปัญหาการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าใช้เทคนิคการกรองที่เหมาะสม เช่น การเลือกตัวกรองที่เหมาะสมในวงจรจ่ายไฟ

5. การแก้ไข EMC ในนาทีสุดท้าย

การพยายามแก้ไขปัญหาทาง EMC ในช่วงท้ายของการออกแบบวงจรมักจะทำให้วิธีการแก้ปัญหาที่ไม่เหมาะสม เช่น การใช้ลูกปัดเฟอร์ไรต์ (Ferrite Beads) หรือฟิลเตอร์ภายหลังเพื่อป้องกันการกวนกันของสายไฟ โดยไม่ได้แก้ไขสาเหตุที่แท้จริง ทำให้เพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนในการออกแบบ

‍