Ανάλυση και Μετριασμός του Θορύβου της Τροφοδοτικής σε Διαδικασία Σχεδίασης PCB Υψηλής Συχνότητας

Σε πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος υψηλής συχνότηταςs, ο θόρυβος της τροφοδοσίας ξεχωρίζει ως μια σημαντική μορφή παρεμβολής. Αυτό το άρθρο διεξάγει μια ολοκληρωμένη ανάλυση των χαρακτηριστικών και της προέλευσης του θορύβου της τροφοδοσίας σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας και προσφέρει πρακτικές και αποτελεσματικές λύσεις βασισμένες σε εφαρμογές μηχανικής.

ΕΝΑ.Ανάλυση θορύβου τροφοδοσίας

Ο θόρυβος της τροφοδοσίας αναφέρεται στον θόρυβο που παράγεται ή διακόπτεται από την ίδια την τροφοδοσία. Αυτή η παρεμβολή είναι εμφανής στις ακόλουθες πτυχές:

1. Κατανεμημένος θόρυβος που προκύπτει από τοεγγενής αντίσταση της τροφοδοσίας. Σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας, ο θόρυβος της τροφοδοσίας επηρεάζει σημαντικά τα σήματα υψηλής συχνότητας. Επομένως, η αρχική απαίτηση είναι ένα σύστημα χαμηλού θορύβουτροφοδοτικόΕξίσου σημαντικά είναι το καθαρό έδαφος και η παροχή ρεύματος.

Σε ένα ιδανικό σενάριο, η τροφοδοσία ρεύματος θα ήτανχωρίς σύνθετη αντίσταση, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει θόρυβος. Ωστόσο, στην πράξη, το τροφοδοτικό διαθέτει μια συγκεκριμένη σύνθετη αντίσταση, η οποία κατανέμεται σε ολόκληρο το τροφοδοτικό, οδηγώντας στην επικάλυψη θορύβου. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να καταβληθούν προσπάθειες για την ελαχιστοποίηση της σύνθετης αντίστασης του τροφοδοτικού. Είναι προτιμότερο να υπάρχει ένας ειδικός μηχανοκίνητο αεροπλάνοκαιεπίπεδο εδάφουςΣτο σχεδιασμό κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας, είναι γενικά πιο αποτελεσματικό να σχεδιάζεται η τροφοδοσία ρεύματος σε επίπεδα παρά σε μορφή διαύλου, διασφαλίζοντας ότι ο βρόχος ακολουθεί σταθερά τη διαδρομή με τη μικρότερη σύνθετη αντίσταση. Επιπλέον, η πλακέτα τροφοδοσίας παρέχει έναβρόχος σήματοςγια όλα τα σήματα που παράγονται και λαμβάνονται στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος, ελαχιστοποιώντας έτσι τον βρόχο σήματος και μειώνοντας τον θόρυβο.

2. Παρεμβολή Πεδίου Κοινής Λειτουργίας: Αυτός ο τύπος παρεμβολής αφορά τον θόρυβο μεταξύ της τροφοδοσίας και της γείωσης. Προκύπτει από την παρεμβολή που προκαλείται από έναν βρόχο που σχηματίζεται από το διαταραγμένο κύκλωμα και την τάση κοινής λειτουργίας που προκύπτει από την κοινή επιφάνεια αναφοράς. Το μέγεθος εξαρτάται από τα σχετικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία και η έντασή της είναι σχετικά χαμηλή.

Σε αυτό το σενάριο, η μείωση του ρεύματος (Ic) οδηγεί σε τάση κοινής λειτουργίας στη σειράβρόχος ρεύματος, επηρεάζοντας το τμήμα λήψης. Εάν τομαγνητικό πεδίουπερισχύει, η τάση κοινής λειτουργίας που παράγεται στον βρόχο γείωσης σε σειρά δίνεται από τον τύπο:

Το ΔB στον τύπο (1) αντιπροσωπεύει την αλλαγή στην ένταση της μαγνητικής επαγωγής, μετρούμενη σε Wb/m²; Το S υποδηλώνει την περιοχή σε m².

Για έναηλεκτρομαγνητικό πεδίο, όταν το ηλεκτρικό πεδίο η τιμή είναι γνωστή, η επαγόμενη τάση δίνεται από την Εξίσωση (2), η οποία εφαρμόζεται γενικά όταν L=150/F ή λιγότερο, με το F να αντιπροσωπεύει τοσυχνότητα ηλεκτρομαγνητικού κύματοςσε MHz. Εάν ξεπεραστεί αυτό το όριο, ο υπολογισμός της μέγιστης επαγόμενης τάσης μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:

3. Παρεμβολή πεδίου διαφορικής λειτουργίας: Αυτό αναφέρεται στην παρεμβολή μεταξύ του τροφοδοτικού και τουγραμμή τροφοδοσίας εισόδου και εξόδουμικρόΣτον πραγματικό σχεδιασμό PCB, ο συγγραφέας παρατήρησε ότι η συμβολή του στον θόρυβο της τροφοδοσίας είναι ελάχιστη και επομένως μπορεί να παραλειφθεί εδώ.
4. Παρεμβολές μεταξύ γραμμώνΑυτός ο τύπος παρεμβολής αφορά την παρεμβολή μεταξύ γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν υπάρχει αμοιβαία χωρητικότητα (C) και αμοιβαία επαγωγή (M1-2) μεταξύ δύο διαφορετικών παράλληλων κυκλωμάτων, η παρεμβολή θα εκδηλωθεί στο κύκλωμα που έχει υποστεί παρεμβολή εάν υπάρχει τάση (VC) και ρεύμα (IC) στο κύκλωμα πηγής παρεμβολής:
   1. Η τάση που συνδέεται μέσω της χωρητικής σύνθετης αντίστασης δίνεται από την Εξίσωση (4), όπου το RV αντιπροσωπεύει την παράλληλη τιμή τουαντίσταση κοντά στο τέλοςκαι τοαντίσταση σε μακρινό άκροτουπαρεμβαλλόμενο κύκλωμα.
   2. Αντίσταση σε σειρά μέσω επαγωγικής σύζευξης: Εάν υπάρχει θόρυβος κοινής λειτουργίας στην πηγή παρεμβολής, η παρεμβολή μεταξύ γραμμών εμφανίζεται γενικά τόσο στην κοινή λειτουργία όσο και στη διαφορική λειτουργία.
5. Σύνδεσμος γραμμής ρεύματοςΑυτό το φαινόμενο συμβαίνει όταν η γραμμή ρεύματος μεταδίδει παρεμβολές σε άλλες συσκευές αφού υποβληθεί σεηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές από AC ή DC πηγή ενέργειαςΑυτό αντιπροσωπεύει μια έμμεση μορφή παρεμβολής θορύβου από την παροχή ρεύματος στο κύκλωμα υψηλής συχνότηταςμικρόΕίναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο θόρυβος της τροφοδοσίας μπορεί να μην είναι απαραίτητα αυτοπαραγόμενος, αλλά θα μπορούσε επίσης να προκύψει από εξωτερική επαγωγή παρεμβολών, οδηγώντας στην υπέρθεση (ακτινοβολούμενη ή αγώγιμη) θορύβου που παράγεται από την ίδια, επηρεάζοντας έτσι άλλα κυκλώματα ή συσκευές.

• Αντίμετρα για την εξάλειψη των παρεμβολών θορύβου από την παροχή ρεύματος

Λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες εκδηλώσεις και αιτίες των παρεμβολών θορύβου από την τροφοδοσία ρεύματος που αναλύθηκαν παραπάνω, οι συνθήκες που οδηγούν σε θόρυβο από την τροφοδοσία ρεύματος μπορούν να διαταραχθούν ειδικά, καταστέλλοντας αποτελεσματικά τις παρεμβολές. Συνιστώνται οι ακόλουθες λύσεις:

• Προσοχή σεΠλακέτα μέσω τρύπαςs: Οι διαμπερείς οπές απαιτούνάνοιγμα χάραξηςs στοστρώμα τροφοδοσίας για να διευκολύνουν τη διέλευσή τους. Εάν το άνοιγμα του επιπέδου ισχύος είναι πολύ μεγάλο, μπορεί να επηρεάσει τον βρόχο σήματος, αναγκάζοντας το σήμα να παρακάμψει και αυξάνοντας την περιοχή του βρόχου και τον θόρυβο. Εάν ορισμένες γραμμές σήματος συγκεντρώνονται κοντά στο άνοιγμα και μοιράζονται αυτόν τον βρόχο, η κοινή σύνθετη αντίσταση μπορεί να οδηγήσει σε αλληλοπαρεμβολή.
• Επαρκές καλώδιο γείωσης για καλώδια: Κάθε σήμα απαιτεί τον δικό του αποκλειστικό βρόχο σήματος, με την περιοχή σήματος και βρόχου να διατηρείται όσο το δυνατόν μικρότερη, εξασφαλίζοντας παράλληλη ευθυγράμμιση.
• Τοποθέτηση φίλτρου θορύβου τροφοδοτικού: Αυτό το φίλτρο καταστέλλει αποτελεσματικά τον εσωτερικό θόρυβο του τροφοδοτικού, ενισχύοντας την απόδοση του συστήματος.αντιπαρεμβατικό και ασφάλεια. Λειτουργεί ως αμφίδρομοΦίλτρο RF, φιλτράροντας τις παρεμβολές θορύβου που εισάγονται από την γραμμή ρεύματος (αποτρέποντας τις παρεμβολές από άλλες συσκευές) και τον θόρυβο που παράγεται από την ίδια (για την αποφυγή παρεμβολών με άλλες συσκευές), καθώς και τις παρεμβολές κοινής λειτουργίας διασταυρούμενων λειτουργιών.
• Απομόνωση ρεύματοςΜετασχηματιστήςΑυτό απομονώνει τον βρόχο γείωσης κοινής λειτουργίας τουβρόχος τροφοδοσίας ή καλώδιο σήματος, διαχωρίζοντας αποτελεσματικά το ρεύμα βρόχου κοινής λειτουργίας που παράγεται σε υψηλές συχνότητες.
• Ρύθμιση ισχύος: Η επαναφορά μιας καθαρότερης παροχής ρεύματος μπορεί να μειώσει σημαντικά τον θόρυβο της παροχής ρεύματος.
• Καλωδίωση: Οι γραμμές εισόδου και εξόδου του τροφοδοτικού πρέπει να διατηρούνται μακριά από την άκρη της διηλεκτρικής πλακέτας για να αποφεύγεται η παραγωγή ακτινοβολίας και η παρεμβολή σε άλλα κυκλώματα ή εξοπλισμό.
• Ξεχωριστά αναλογικά και ψηφιακά τροφοδοτικά: Οι συσκευές υψηλής συχνότητας είναι γενικά πολύ ευαίσθητες στον ψηφιακό θόρυβο, επομένως οι δύο θα πρέπει να είναι απομονωμένες και συνδεδεμένες μεταξύ τους στην είσοδο του τροφοδοτικού. Εάν ένα σήμα πρέπει να διασχίσει τόσο τον αναλογικό όσο και τον ψηφιακό τομέα, μπορεί να τοποθετηθεί ένας βρόχος κατά μήκος του σήματος για να μειωθεί η περιοχή του βρόχου.
• Αποφύγετε την επικάλυψη ξεχωριστών τροφοδοτικών μεταξύ διαφορετικών στρώσεων: Προσπαθήστε να τα τοποθετήσετε σε διαδοχική διάταξη για να αποτρέψετε την εύκολη σύνδεση του θορύβου της τροφοδοσίας μέσω παρασιτικής χωρητικότητας.
• Απομόνωση Ευαίσθητων Στοιχείων: Στοιχεία όπως οι βρόχοι με κλειδωμένη φάση (PLL) είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στον θόρυβο της τροφοδοσίας και θα πρέπει να διατηρούνται όσο το δυνατόν πιο μακριά από την τροφοδοσία.
• Τοποθέτηση καλωδίου τροφοδοσίας: Η τοποθέτηση μιας γραμμής τροφοδοσίας κατά μήκος της γραμμής σήματος μπορεί να μειώσει τον βρόχο σήματος και να επιτύχει μείωση του θορύβου.
• Γείωση Διαδρομής Παράκαμψης: Για την αποφυγή συσσωρευμένου θορύβου που προκαλείται από παρεμβολές στην πλακέτα κυκλώματος και από εξωτερικές παρεμβολές στην παροχή ρεύματος, η διαδρομή παράκαμψης μπορεί να γειωθεί στη διαδρομή παρεμβολών (εξαιρουμένης της ακτινοβολίας), επιτρέποντας την παράκαμψη του θορύβου προς τη γείωση και αποφεύγοντας τις παρεμβολές με άλλες συσκευές και εξοπλισμό.

Συμπερασματικά:Ο θόρυβος της τροφοδοσίας, είτε παράγεται άμεσα είτε έμμεσα από την τροφοδοσία, επηρεάζει το κύκλωμα. Κατά την καταστολή της επιρροής του στο κύκλωμα, θα πρέπει να ακολουθείται μια γενική αρχή: ελαχιστοποίηση της επίδρασης του θορύβου της τροφοδοσίας στο κύκλωμα, μειώνοντας παράλληλα την επίδραση εξωτερικών παραγόντων ή του κυκλώματος στην τροφοδοσία, για την αποφυγή της υποβάθμισης του θορύβου της τροφοδοσίας.