Анализ и смекчаване на шума от захранването при проектиране на високочестотни печатни платки

В високочестотна печатна платкашумът от захранването се откроява като значителна форма на смущения. Тази статия провежда цялостен анализ на характеристиките и произхода на шума от захранването във високочестотни печатни платки и предлага практични и ефективни решения, базирани на инженерни приложения.

А.Анализ на шума от захранването

Шумът от захранването се отнася до шума, генериран или смущаван от самото захранване. Това смущение се проявява в следните аспекти:

1. Разпределен шум, произтичащ отприсъщ импеданс на захранването. Във високочестотните вериги шумът от захранването значително влияе на високочестотните сигнали. Следователно, първоначалното изискване е нискошумов...захранванеСъщо толкова важни са чистата земя и електрозахранването.

В идеалния случай захранването би билобез импеданс, което води до липса на шум. На практика обаче захранването притежава определен импеданс, който е разпределен по цялото захранване, което води до наслагване на шум. Следователно, трябва да се положат усилия за минимизиране на импеданса на захранването. За предпочитане е да има специален силов самолетизаземителна равнинаПри проектирането на високочестотни схеми обикновено е по-ефективно захранването да се проектира на слоеве, отколкото във формат на шина, като се гарантира, че контурът последователно следва пътя с най-малък импеданс. Освен това, захранващата платка осигурява...сигнален контурза всички сигнали, генерирани и получени на печатната платка, като по този начин се минимизира сигналната верига и се намалява шумът.

2. Смущения от синфазно поле: Този тип смущения се отнасят до шума между захранването и земята. Те възникват от смущенията, причинени от контур, образуван от нарушената верига, и синфазното напрежение, произтичащо от общата референтна повърхност. Големината им зависи от относителните електрически и магнитни полета, а интензитетът им е сравнително нисък.

В този сценарий, намаляването на тока (Ic) води до синфазно напрежение в сериятатоков контур, въздействайки върху приемащата секция. Акомагнитно полепреобладава, синфазното напрежение, генерирано в последователния заземителен контур, се дава от формулата:

ΔB във формула (1) представлява промяната в интензитета на магнитната индукция, измерена в Wb/m²S означава площта в m²².

За единелектромагнитно поле, когато електрическо поле стойността е известна, индуцираното напрежение се дава от уравнение (2), което е общоприложимо, когато L=150/F или по-малко, където F представлявачестота на електромагнитните вълнив MHz. Ако тази граница бъде превишена, изчисляването на максималното индуцирано напрежение може да се опрости, както следва:

3. Диференциална интерференция на полето: Това се отнася до интерференцията между захранването ивходна и изходна захранваща линиясВ действителния дизайн на печатна платка, авторът наблюдава, че приносът му към шума на захранването е минимален и следователно може да бъде пропуснат тук.
4. Междуредова интерференцияТози тип смущения се отнасят до смущенията между електропроводи. Когато има взаимен капацитет (C) и взаимна индуктивност (M1-2) между две различни паралелни вериги, смущенията ще се проявят в смутената верига, ако във веригата на източника на смущения има напрежение (VC) и ток (IC):
   1. Напрежението, свързано чрез капацитивния импеданс, е дадено от уравнение (4), където RV представлява паралелната стойност насъпротивление в близкия крайисъпротивление в далечния крайнасмутена верига.
   2. Серийно съпротивление чрез индуктивна връзка: Ако в източника на смущения има синфазен шум, междулинейната смущение обикновено се появява както в синфазен, така и в диференциален режим.
5. Свързване на електропроводаТова явление възниква, когато електропроводът предава смущения към други устройства, след като е бил подложен наелектромагнитни смущения от променлив или постоянен ток източник на захранванеТова представлява непряка форма на смущения от шума на захранването. високочестотна веригасВажно е да се отбележи, че шумът от захранването не е задължително да е генериран от самия него, а може да е резултат и от външна индукция на смущения, което води до наслагване (излъчено или проведено) на генериран от самия него шум, като по този начин се създават смущения в други вериги или устройства.

• Контрамерки за премахване на смущенията от шума от захранването

Като се имат предвид различните проявления и причини за смущения от шума в захранването, анализирани по-горе, условията, водещи до шум от захранването, могат да бъдат целенасочено прекъснати, като по този начин ефективно се потиснат смущенията. Препоръчват се следните решения:

• Внимание къмПлатка през отворs: Проходните отвори изискватотвор за гравираненаслой за захранване за да се осигури тяхното преминаване. Ако отворът на силовия слой е твърде голям, това може да повлияе на сигналния контур, принуждавайки сигнала да го заобиколи и увеличавайки площта на контура и шума. Ако определени сигнални линии са концентрирани близо до отвора и споделят този контур, общият импеданс може да доведе до смущения.
• Достатъчен заземителен проводник за кабели: Всеки сигнал изисква собствен специален сигнален контур, като площта на сигнала и контура се поддържа възможно най-малка, осигурявайки паралелно подравняване.
• Разположение на филтъра за шум от захранването: Този филтър ефективно потиска вътрешния шум от захранването, подобрявайки систематаанти-смущения и безопасност. Служи като двупосоченRF филтър, филтрирайки шумовите смущения, въведени от електропровода (предотвратявайки смущения от други устройства) и шума, генериран от самия него (за да се избегнат смущения с други устройства), както и кръстосаните синфазни смущения.
• Изолация на захранванетоТрансформатор: Това изолира заземяващия контур на синфазниязахранващ контур или сигнален кабел, ефективно разделяйки тока на синфазен контур, генериран при високи честоти.
• Регулиране на захранването: Възстановяването на по-чисто захранване може значително да намали шума от него.
• Окабеляване: Входните и изходните линии на захранването трябва да се държат далеч от ръба на диелектричната платка, за да се избегне генериране на радиация и смущения в други вериги или оборудване.
• Отделни аналогови и цифрови захранвания: Високочестотните устройства обикновено са много чувствителни към цифров шум, така че двете трябва да бъдат изолирани и свързани заедно на входа на захранването. Ако сигналът трябва да пресече както аналогова, така и цифрова област, може да се постави контур през сигнала, за да се намали площта на контура.
• Избягвайте припокриването на отделни захранвания между различните слоеве: Опитайте се да ги разположите шахматно, за да предотвратите лесното свързване на шума от захранването чрез паразитен капацитет.
• Чувствителни към изолация компоненти: Компоненти като фазово заключени контури (PLL) са силно чувствителни към шума от захранването и трябва да се държат възможно най-далеч от него.
• Поставяне на захранващия кабел: Поставянето на захранващ кабел покрай сигналната линия може да намали сигналната верига и да постигне намаляване на шума.
• Заземяване на байпасния път: За да се предотврати натрупването на шум, причинен от смущения от захранването на печатната платка и смущения от външно захранване, байпасният път може да бъде заземен върху пътя на смущенията (с изключение на излъчването), което позволява шумът да бъде заобиколен към земята и да се избегнат смущения с други устройства и оборудване.

В заключение:Шумът от захранването, независимо дали се генерира директно или индиректно от него, смущава веригата. При потискане на влиянието му върху веригата трябва да се следва общ принцип: минимизиране на въздействието на шума от захранването върху веригата, като същевременно се намали влиянието на външни фактори или веригата върху захранването, за да се предотврати влошаването на шума от захранването.