Analyse og afbødning af strømforsyningsstøj i højfrekvent printkortdesignproces

I højfrekvent printkorts, strømforsyningsstøj skiller sig ud som en betydelig form for interferens. Denne artikel foretager en omfattende analyse af karakteristika og oprindelser af strømforsyningsstøj i højfrekvente printkort og tilbyder praktiske og effektive løsninger baseret på tekniske applikationer.

EN.Analyse af strømforsyningsstøj

Støj fra strømforsyningen refererer til den støj, der genereres eller forstyrres af selve strømforsyningen. Denne interferens er tydelig i følgende aspekter:

1. Distribueret støj som følge afiboende impedans af strømforsyningen. I højfrekvente kredsløb påvirker støj fra strømforsyningen højfrekvente signaler betydeligt. Derfor er det indledende krav et lavt støjniveaustrømforsyningLige så vigtigt er ren jord og strømforsyning.

I et ideelt scenarie ville strømforsyningen væreimpedansfri, hvilket resulterer i ingen støj. I praksis har strømforsyningen dog en vis impedans, som er fordelt over hele strømforsyningen, hvilket fører til overlejring af støj. Derfor bør der gøres en indsats for at minimere strømforsyningens impedans. Det er at foretrække at have en dedikeret kraftplanogjordplanI design af højfrekvente kredsløb er det generelt mere effektivt at designe strømforsyningen i lag snarere end i et busformat, hvilket sikrer, at sløjfen konsekvent følger den bane med den mindste impedans. Derudover giver strømforsyningskortet ensignalsløjfefor alle signaler, der genereres og modtages på printkortet, hvorved signalsløjfen minimeres og støj reduceres.

2. Common Mode-feltinterferens: Denne type interferens vedrører støjen mellem strømforsyningen og jord. Den opstår som følge af interferens forårsaget af en sløjfe dannet af det afbrudte kredsløb og den common mode-spænding, der stammer fra den fælles referenceflade. Størrelsen afhænger af de relative elektriske og magnetiske felter, og dens intensitet er relativt lav.

I dette scenarie fører faldet i strøm (Ic) til en common-mode spænding i serieafbryderen.strømsløjfe, hvilket påvirker modtagersektionen. Hvismagnetfeltdominerer, er den common mode-spænding, der genereres i seriejordsløjfen, givet ved formlen:

ΔB i formel (1) repræsenterer ændringen i magnetisk induktionsintensitet, målt i Wb/m²²; S betegner arealet i m².

For enelektromagnetisk felt, når den elektrisk felt værdien er kendt, er den inducerede spænding givet ved ligning (2), som generelt gælder, når L = 150/F eller mindre, hvor F repræsentererelektromagnetisk bølgefrekvensi MHz. Hvis denne grænse overskrides, kan beregningen af ​​den maksimale inducerede spænding forenkles som følger:

3. Differential mode feltinterferens: Dette refererer til interferensen mellem strømforsyningen ogindgangs- og udgangsstrømledningsI faktisk printkortdesign observerede forfatteren, at dets bidrag til strømforsyningsstøj er minimalt og derfor kan udelades her.
4. InterlinjeinterferensDenne type interferens vedrører interferens mellem strømledninger. Når der er gensidig kapacitans (C) og gensidig induktans (M1-2) mellem to forskellige parallelle kredsløb, vil interferensen manifestere sig i det interfererede kredsløb, hvis der er spænding (VC) og strøm (IC) i interferenskildens kredsløb:
   1. Spændingen koblet gennem den kapacitive impedans er givet ved ligning (4), hvor RV repræsenterer den parallelle værdi afmodstand i nærendenog denmodstand i den fjerne endeafforstyrret kredsløb.
   2. Seriemodstand gennem induktiv kobling: Hvis der er common mode-støj i interferenskilden, optræder interferensen generelt i både common mode og differential mode.
5. StrømledningskoblingDette fænomen opstår, når strømledningen sender interferens til andre enheder efter at have været udsat forelektromagnetisk interferens fra AC eller DC strømkildeDette repræsenterer en indirekte form for støjinterferens fra strømforsyningen. højfrekvent kredsløbsDet er vigtigt at bemærke, at støj fra strømforsyningen ikke nødvendigvis er selvgenereret, men også kan skyldes ekstern interferens, hvilket fører til overlagring (udstrålet eller ledningsbåret) af støj genereret af den selv og derved forstyrrer andre kredsløb eller enheder.

• Modforanstaltninger til at eliminere støjinterferens fra strømforsyningen

I betragtning af de forskellige manifestationer og årsager til støj fra strømforsyningen, der er analyseret ovenfor, kan de forhold, der fører til støj fra strømforsyningen, specifikt forstyrres og effektivt undertrykke interferensen. Følgende løsninger anbefales:

• Opmærksomhed påGennemgående hul til printplades: Gennemgående huller nødvendiggørætsningsåbnings påstrømforsyningslaget for at give plads til deres passage. Hvis åbningen i effektlaget er for stor, kan det påvirke signalsløjfen, tvinge signalet til at omgå og øge sløjfearealet og støjen. Hvis visse signallinjer er koncentreret nær åbningen og deler denne sløjfe, kan fælles impedans føre til krydstale.
• Tilstrækkelig jordledning til kabler: Hvert signal kræver sin egen dedikerede signalsløjfe, hvor signal- og sløjfeområdet holdes så lille som muligt, hvilket sikrer parallel justering.
• Placering af strømforsyningsstøjfilter: Dette filter undertrykker effektivt intern strømforsyningsstøj og forbedrer systemetsanti-interferens og sikkerhed. Den fungerer som en tovejsforbindelseRF-filter, filtrerer støjinterferens fra strømforsyningen (forebygger interferens fra andre enheder) og støj genereret af den selv (for at undgå interferens med andre enheder), samt cross-mode common mode-interferens.
• StrømisoleringTransformerDette isolerer common-mode jordsløjfen påstrømforsyningssløjfe eller signalkabel, hvilket effektivt adskiller common-mode loop-strøm genereret ved høje frekvenser.
• Strømregulering: Gendannelse af en renere strømforsyning kan reducere støj fra strømforsyningen betydeligt.
• Ledningsføring: Strømforsyningens indgangs- og udgangsledninger skal holdes væk fra kanten af ​​det dielektriske printkort for at undgå at generere stråling og forstyrre andre kredsløb eller udstyr.
• Separate analoge og digitale strømforsyninger: Højfrekvente enheder er generelt meget følsomme over for digital støj, så de to bør isoleres og forbindes sammen ved strømforsyningens indgang. Hvis et signal skal krydse både analoge og digitale domæner, kan der placeres en løkke på tværs af signalet for at reducere løkkeområdet.
• Undgå overlappende separate strømforsyninger mellem forskellige lag: Forsøg at forskyde dem for at forhindre støj fra strømforsyningen i at blive let koblet sammen via parasitisk kapacitans.
• Isoler følsomme komponenter: Komponenter som faselåste sløjfer (PLL'er) er meget følsomme over for støj fra strømforsyningen og bør holdes så langt væk fra strømforsyningen som muligt.
• Placering af strømkabel: Placering af en strømledning langs signalledningen kan reducere signalsløjfen og opnå støjreduktion.
• Jordforbindelse til bypass-sti: For at forhindre akkumuleret støj forårsaget af strømforsyningsforstyrrelser på printkortet og ekstern strømforsyningsforstyrrelse, kan bypass-stien jordes på interferensstien (eksklusive stråling), hvilket gør det muligt at omgå støjen til jorden og undgå interferens med andre enheder og udstyr.

Konklusion:Støj fra strømforsyningen, uanset om den genereres direkte eller indirekte fra strømforsyningen, forstyrrer kredsløbet. Når dens indflydelse på kredsløbet undertrykkes, bør et generelt princip følges: minimer påvirkningen af ​​strømforsyningsstøj på kredsløbet, samtidig med at man reducerer påvirkningen af ​​eksterne faktorer eller kredsløbet på strømforsyningen for at forhindre forringelse af strømforsyningsstøjen.