Virtalähteen kohinan analysointi ja lieventäminen korkeataajuisten piirilevyjen suunnitteluprosessissa

Sisään korkeataajuinen piirilevyVirtalähteen kohina erottuu merkittävänä häiriömuotona. Tässä artikkelissa analysoidaan kattavasti korkeataajuisten piirilevyjen virtalähdekohinan ominaisuuksia ja alkuperää ja tarjotaan käytännöllisiä ja tehokkaita ratkaisuja, jotka perustuvat teknisiin sovelluksiin.

A.Virtalähteen kohinan analyysi

Virtalähteen kohinalla tarkoitetaan virtalähteen itsensä tuottamaa tai häiritsemää kohinaa. Tämä häiriö ilmenee seuraavissa tilanteissa:

1. Hajautunut kohina, joka johtuuluontainen impedanssi virtalähteestä. Korkeataajuuspiireissä virtalähteen kohina vaikuttaa merkittävästi korkeataajuussignaaleihin. Siksi alkuperäinen vaatimus on vähäkohinainenvirtalähdeYhtä tärkeitä ovat puhdas maadoitus ja virtalähde.

Ideaalitilanteessa virtalähde olisi ns.impedanssiton, mikä ei johda kohinaan. Käytännössä virtalähteellä on kuitenkin tietty impedanssi, joka jakautuu koko virtalähteelle, mikä johtaa kohinan päällekkäisyyteen. Siksi virtalähteen impedanssi tulisi pyrkiä minimoimaan. On suositeltavaa käyttää erillistä tehotasojamaatasoKorkeataajuuspiirien suunnittelussa on yleensä tehokkaampaa suunnitella virtalähde kerroksittain kuin väylämuodossa, mikä varmistaa, että silmukka seuraa johdonmukaisesti polkua, jolla on pienin impedanssi. Lisäksi teholevy tarjoaasignaalisilmukkakaikille piirilevyllä tuotetuille ja vastaanotetuille signaaleille, mikä minimoi signaalisilmukan ja vähentää kohinaa.

2. Yhteismuotoinen kenttähäiriö: Tämän tyyppinen häiriö liittyy virtalähteen ja maan väliseen kohinaan. Se johtuu häiriöstä, jonka aiheuttaa häiriön muodostama silmukka ja yhteisestä referenssipinnasta johtuva yhteismuotoinen jännite. Suuruus riippuu suhteellisista sähkö- ja magneettikentistä, ja sen intensiteetti on suhteellisen alhainen.

Tässä skenaariossa virran (Ic) pieneneminen johtaa sarjaan kytketyn yhteismuotoisen jännitteen syntymiseen.virtasilmukka, mikä vaikuttaa vastaanottavaan osaan. Josmagneettikenttävallitsee, sarjaan kytketyssä maasilmukassa syntyvä yhteismuotoinen jännite saadaan kaavasta:

Kaavassa (1) oleva ΔB edustaa magneettisen induktion intensiteetin muutosta, mitattuna Wb/m²²S tarkoittaa pinta-alaa neliömetreinä².

vartensähkömagneettinen kenttä, kun sähkökenttä arvo tunnetaan, indusoitu jännite saadaan yhtälöstä (2), jota voidaan yleisesti soveltaa, kun L = 150/F tai vähemmän, missä F edustaasähkömagneettisen aallon taajuusmegahertseinä. Jos tämä raja ylittyy, suurimman indusoidun jännitteen laskemista voidaan yksinkertaistaa seuraavasti:

3. Differentiaalitilan kenttähäiriöt: Tämä viittaa virtalähteen ja laitteen väliseen häiriööntulo- ja lähtövirtajohtosKäytännön piirilevysuunnittelussa kirjoittaja havaitsi, että sen vaikutus virtalähteen kohinaan on minimaalinen, joten se voidaan jättää tässä pois.
4. Interline-häiriötTämän tyyppinen häiriö liittyy voimajohtojen väliseen häiriöön. Kun kahden eri rinnakkaispiirin välillä on keskinäiskapasitanssi (C) ja keskinäisinduktanssi (M1-2), häiriö ilmenee häiriintyneessä piirissä, jos häiriölähdepiirissä on jännite (VC) ja virta (IC):
   1. Kapasitiivisen impedanssin kautta kytketty jännite saadaan yhtälöstä (4), jossa RV edustaa rinnakkaisjännitettälähipään vastusjakaukopään vastussiitähäiriintynyt piiri.
   2. Sarjaresistanssi induktiivisen kytkennän kautta: Jos häiriölähteessä on yhteismuotoista kohinaa, johtavien välisten häiriöiden esiintyminen tapahtuu yleensä sekä yhteismuotoisena että differentiaalimuotoisena.
5. Voimajohtokytkentä: Tämä ilmiö tapahtuu, kun sähköjohto lähettää häiriöitä muihin laitteisiin sen jälkeen, kun se on altistunutsähkömagneettinen häiriö AC- tai DC-virtalähteestä virtalähdeTämä edustaa epäsuoraa virtalähteen kohinan häiriötä korkeataajuuspiirisOn tärkeää huomata, että virtalähteen kohina ei välttämättä ole itse aiheutettua, vaan se voi johtua myös ulkoisista häiriöistä, jotka johtavat itse tuottaman kohinan päällekkäisyyteen (säteilevät tai johtuvat) ja siten häiritsevät muita piirejä tai laitteita.

• Toimenpiteet virtalähteen kohinan aiheuttamien häiriöiden poistamiseksi

Ottaen huomioon edellä analysoidut virtalähteen kohinan eri ilmenemismuodot ja syyt, virtalähteen kohinaa aiheuttavat olosuhteet voidaan erityisesti häiritä ja tehokkaasti vaimentaa häiriöt. Seuraavia ratkaisuja suositellaan:

• HuomiotaLäpivientireikäs: Läpireiät edellyttävätsyövytysaukkos päällävirtalähdekerros jotta ne pääsevät kulkemaan. Jos tehokerroksen aukko on liian suuri, se voi vaikuttaa signaalisilmukkaan, pakottaen signaalin ohittamaan ja lisätä silmukan pinta-alaa ja kohinaa. Jos tietyt signaalilinjat keskittyvät aukon lähelle ja jakavat tämän silmukan, yhteinen impedanssi voi johtaa ylikuulumiseen.
• Riittävä maadoitusjohto kaapeleille: Jokainen signaali vaatii oman signaalisilmukan, jonka on oltava mahdollisimman pieni signaalin ja silmukan kokoa minimoiden, mikä varmistaa rinnakkaiskohdistuksen.
• Virtalähteen kohinasuodattimen sijoittelu: Tämä suodatin vaimentaa tehokkaasti virtalähteen sisäistä kohinaa ja parantaa järjestelmän suorituskykyä.häirinnänesto ja turvallisuutta. Se toimii kaksisuuntaisenaRF-suodatin, suodattaen pois sähkölinjasta tulevat häiriöt (estäen häiriöitä muista laitteista) ja itse tuottamat häiriöt (häiriöiden välttämiseksi muiden laitteiden kanssa) sekä ristimoodihäiriöt.
• Virran eristäminenMuuntajaTämä eristää laitteen yhteismuotoisen maadoitussilmukan.virtalähteen silmukka tai signaalikaapeli, erottamalla tehokkaasti korkeilla taajuuksilla syntyvän yhteismuotoisen silmukkavirran.
• Virransäätö: Puhtaamman virtalähteen palauttaminen voi vähentää merkittävästi virtalähteen melua.
• Johdotus: Virtalähteen tulo- ja lähtöjohdot tulee pitää poissa dielektrisen levyn reunasta, jotta vältetään säteilyn syntyminen ja häiriöiden aiheuttaminen muille piireille tai laitteille.
• Erilliset analogiset ja digitaaliset virtalähteet: Korkeataajuuslaitteet ovat yleensä erittäin herkkiä digitaaliselle kohinalle, joten ne tulisi eristää ja kytkeä yhteen virtalähteen sisäänkäynnistä. Jos signaalin on ylitettävä sekä analogiset että digitaaliset alueet, signaalin poikki voidaan sijoittaa silmukka silmukka-alueen pienentämiseksi.
• Vältä erillisten virtalähteiden päällekkäisyyttä eri kerrosten välillä: Pyri porrastamaan ne estääksesi virtalähteen kohinan kytkeytymisen helposti loiskapasitanssin kautta.
• Eristä herkät komponentit: Vaihelukitut silmukat (PLL) ovat erittäin herkkiä virtalähteen kohinalle, ja ne tulisi pitää mahdollisimman kaukana virtalähteestä.
• Virtajohdon sijoittaminen: Virtajohdon sijoittaminen signaalijohdon viereen voi pienentää signaalisilmukkaa ja vähentää kohinaa.
• Ohitusreitin maadoitus: Virtalähteen häiriöiden aiheuttaman piirilevylle kertyneen kohinan ja ulkoisen virtalähteen häiriöiden estämiseksi ohitusreitti voidaan maadoittaa häiriöreitin kautta (säteilyä lukuun ottamatta), jolloin kohina voidaan ohittaa maahan ja välttää häiriöt muiden laitteiden ja varusteiden kanssa.

Lopuksi:Virtalähteen kohina, olipa se sitten suoraan tai epäsuorasti virtalähteestä peräisin, häiritsee virtapiiriä. Sen vaikutusta virtapiiriin vaimennettaessa tulisi noudattaa yleistä periaatetta: virtalähteen kohinan vaikutus virtapiiriin on minimoitava samalla kun vähennetään ulkoisten tekijöiden tai virtapiirin vaikutusta virtalähteeseen virtalähteen kohinan heikkenemisen estämiseksi.