تحليل وتخفيف ضوضاء مصدر الطاقة في عملية تصميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد
في لوحة دوائر مطبوعة عالية الترددفي هذه الحالة، يبرز تشويش مصدر الطاقة كشكلٍ هامٍ من أشكال التداخل. تُجري هذه المقالة تحليلاً شاملاً لخصائص ومصادر تشويش مصدر الطاقة في لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد، وتقدم حلولاً عملية وفعالة بناءً على تطبيقات هندسية.
أ.تحليل ضوضاء مصدر الطاقة
يشير تشويش مصدر الطاقة إلى التشويش الناتج عن مصدر الطاقة نفسه أو المتسبب فيه. ويتضح هذا التشويش في الجوانب التالية:
- الضوضاء الموزعة الناتجة عنالمعاوقة الذاتية في دوائر الترددات العالية، يؤثر تشويش مصدر الطاقة بشكل كبير على إشارات الترددات العالية. لذلك، فإن الشرط الأساسي هو مصدر طاقة منخفض التشويش.مزود الطاقة. ومن الأمور بالغة الأهمية أيضاً نظافة الأرض وإمدادات الطاقة.
في السيناريو المثالي، سيكون مصدر الطاقةبدون مقاومةمما ينتج عنه انعدام الضوضاء. مع ذلك، عمليًا، يمتلك مصدر الطاقة مقاومة معينة موزعة على كامل نطاقه، مما يؤدي إلى تراكم الضوضاء. لذا، ينبغي بذل الجهود لتقليل مقاومة مصدر الطاقة. يُفضل استخدام مصدر طاقة مخصص. طائرة كهربائيةوالمستوى الأرضيفي تصميم الدوائر عالية التردد، يكون تصميم مصدر الطاقة على شكل طبقات أكثر فعالية من تصميمه على شكل ناقل، مما يضمن أن تتبع الحلقة باستمرار المسار الأقل مقاومة. بالإضافة إلى ذلك، توفر لوحة الطاقةحلقة الإشارةلجميع الإشارات التي يتم توليدها واستقبالها على لوحة الدوائر المطبوعة، مما يقلل من حلقة الإشارة ويقلل من الضوضاء.
- تداخل المجال ذي النمط المشترك: يتعلق هذا النوع من التداخل بالضوضاء بين مصدر الطاقة والأرض. وينشأ عن التداخل الناتج عن حلقة تتشكل من الدائرة المعطلة وجهد النمط المشترك الناتج عن سطح المرجع المشترك. وتعتمد شدته على المجالين الكهربائي والمغناطيسي النسبيين، وهي منخفضة نسبيًا.
في هذا السيناريو، يؤدي انخفاض التيار (Ic) إلى جهد الوضع المشترك في السلسلةحلقة التيارمما يؤثر على قسم الاستقبال. إذا كانالمجال المغنطيسيعندما يسود، يُعطى جهد الوضع المشترك المتولد في حلقة التأريض التسلسلية بالصيغة التالية:
يمثل ΔB في الصيغة (1) التغير في شدة الحث المغناطيسي، مقاسًا بوحدة ويبر/متر2يرمز الحرف S إلى المساحة بالمتر المربع2.
لـالمجال الكهرومغناطيسيعندما المجال الكهربائي إذا كانت القيمة معروفة، فإن الجهد المستحث يُعطى بالمعادلة (2)، والتي تنطبق عمومًا عندما تكون L = 150/F أو أقل، حيث تمثل Fتردد الموجات الكهرومغناطيسيةبالميغاهرتز. إذا تم تجاوز هذا الحد، يمكن تبسيط حساب أقصى جهد مستحث على النحو التالي:
- تداخل المجال في الوضع التفاضلي: يشير هذا إلى التداخل بين مصدر الطاقة وخط الطاقة للإدخال والإخراجs. في تصميم لوحة الدوائر المطبوعة الفعلية، لاحظ المؤلف أن مساهمتها في ضوضاء مصدر الطاقة ضئيلة، وبالتالي يمكن حذفها هنا.
- تداخل الخطوطيتعلق هذا النوع من التداخل بالتداخل بين خطوط نقل الطاقة. عندما توجد سعة متبادلة (C) وحث متبادل (M1-2) بين دائرتين متوازيتين مختلفتين، سيظهر التداخل في الدائرة المتأثرة إذا كان هناك جهد (VC) وتيار (IC) في دائرة مصدر التداخل.
- يُعطى الجهد المقترن عبر المعاوقة السعوية بالمعادلة (4)، حيث يمثل RV القيمة المتوازية لـمقاومة قرب النهايةومقاومة الطرف البعيدالتابعدائرة متداخلة.
- المقاومة التسلسلية من خلال الاقتران الحثي: إذا كان هناك ضوضاء الوضع المشترك في مصدر التداخل، فإن التداخل بين الخطوط يظهر بشكل عام في كل من الوضع المشترك والوضع التفاضلي.
- وصلة خط الطاقةتحدث هذه الظاهرة عندما ينقل خط الطاقة تداخلات إلى الأجهزة الأخرى بعد تعرضه لـالتداخل الكهرومغناطيسي من التيار المتردد أو التيار المستمر مصدر الطاقةيمثل هذا شكلاً غير مباشر من أشكال تداخل ضوضاء مصدر الطاقة دائرة عالية الترددsمن المهم ملاحظة أن ضوضاء مصدر الطاقة قد لا تكون بالضرورة ذاتية التوليد، ولكنها قد تنتج أيضًا عن حث التداخل الخارجي، مما يؤدي إلى تراكب (إشعاعي أو موصل) الضوضاء المتولدة من تلقاء نفسها، وبالتالي التداخل مع الدوائر أو الأجهزة الأخرى.
- تدابير مضادة للقضاء على تداخل ضوضاء مصدر الطاقة
بالنظر إلى مختلف مظاهر وأسباب تداخل ضوضاء مصدر الطاقة التي تم تحليلها أعلاه، يمكن تعطيل الظروف المؤدية إلى ضوضاء مصدر الطاقة بشكل محدد، مما يؤدي إلى كبح التداخل بشكل فعال. الحلول الموصى بها هي:
- الاهتمام بـلوحة تمر عبر ثقبs: تتطلب الثقوب النافذةفتحة النقشs on theطبقة إمداد الطاقة لتسهيل مرورها. إذا كانت فتحة طبقة الطاقة كبيرة جدًا، فقد تؤثر على مسار الإشارة، مما يجبر الإشارة على التجاوز ويزيد من مساحة المسار والضوضاء. إذا تركزت خطوط إشارة معينة بالقرب من الفتحة وتشترك في هذا المسار، فقد تؤدي المعاوقة المشتركة إلى تداخل الإشارات.
- سلك أرضي كافٍ للكابلات: تتطلب كل إشارة حلقة إشارة مخصصة لها، مع الحفاظ على مساحة الإشارة والحلقة صغيرة قدر الإمكان، مما يضمن المحاذاة المتوازية.
- موضع مرشح ضوضاء مصدر الطاقة: يعمل هذا المرشح على كبح ضوضاء مصدر الطاقة الداخلية بشكل فعال، مما يحسن أداء النظام.مكافحة التداخل والسلامة. إنه بمثابة نظام اتصال ثنائي الاتجاهمرشح الترددات اللاسلكية، وتصفية تداخل الضوضاء القادم من خط الطاقة (منع التداخل من الأجهزة الأخرى) والضوضاء المتولدة من نفسها (لتجنب التداخل مع الأجهزة الأخرى)، بالإضافة إلى تداخل الوضع المشترك بين الأوضاع.
- عزل الطاقةمحولهذا يعزل حلقة التأريض ذات الوضع المشترك لـكابل إشارة حلقة التغذية الكهربائية، مما يؤدي بشكل فعال إلى فصل تيار الحلقة ذي الوضع المشترك المتولد عند الترددات العالية.
- تنظيم الطاقة: يمكن أن يؤدي استعادة مصدر طاقة أنظف إلى تقليل ضوضاء مصدر الطاقة بشكل كبير.
- التوصيلات الكهربائية: يجب إبقاء خطوط الإدخال والإخراج لمصدر الطاقة بعيدًا عن حافة اللوحة العازلة لتجنب توليد الإشعاع والتداخل مع الدوائر أو المعدات الأخرى.
- مصادر الطاقة التناظرية والرقمية المنفصلة: عادةً ما تكون الأجهزة عالية التردد حساسة للغاية للتشويش الرقمي، لذا يجب عزلها وتوصيلها معًا عند مدخل مصدر الطاقة. إذا احتاجت الإشارة إلى المرور عبر كلٍ من المجالين التناظري والرقمي، فيمكن وضع حلقة عبر الإشارة لتقليل مساحة الحلقة.
- تجنب تداخل مصادر الطاقة المنفصلة بين الطبقات المختلفة: حاول ترتيبها بشكل متداخل لمنع ضوضاء مصدر الطاقة من الانتقال بسهولة من خلال السعة الطفيلية.
- عزل المكونات الحساسة: المكونات مثل حلقات قفل الطور (PLLs) حساسة للغاية لضوضاء مصدر الطاقة ويجب إبقاؤها بعيدة قدر الإمكان عن مصدر الطاقة.
- وضع سلك الطاقة: يمكن أن يؤدي وضع سلك الطاقة بجانب خط الإشارة إلى تقليل حلقة الإشارة وتحقيق تقليل الضوضاء.
- تأريض مسار التجاوز: لمنع الضوضاء المتراكمة الناتجة عن تداخل مصدر الطاقة على لوحة الدائرة وتداخل مصدر الطاقة الخارجي، يمكن تأريض مسار التجاوز على مسار التداخل (باستثناء الإشعاع)، مما يسمح بتجاوز الضوضاء إلى الأرض وتجنب التداخل مع الأجهزة والمعدات الأخرى.
ختاماً:يؤثر ضجيج مصدر الطاقة، سواءً كان ناتجًا عنه بشكل مباشر أو غير مباشر، على الدائرة الكهربائية. وللحد من تأثيره، ينبغي اتباع مبدأ عام: تقليل تأثير ضجيج مصدر الطاقة على الدائرة، مع تقليل تأثير العوامل الخارجية أو الدائرة نفسها على مصدر الطاقة، وذلك لمنع تدهور جودة الدائرة.
