Analyse et atténuation du bruit de l'alimentation électrique dans le processus de conception de circuits imprimés haute fréquence

Dans circuit imprimé haute fréquenceDans les circuits imprimés haute fréquence, le bruit d'alimentation constitue une source importante d'interférences. Cet article analyse en détail les caractéristiques et les origines de ce bruit et propose des solutions pratiques et efficaces issues d'applications concrètes.

UN.Analyse du bruit de l'alimentation électrique

Le bruit d'alimentation désigne le bruit généré ou perturbé par l'alimentation elle-même. Cette interférence se manifeste de différentes manières :

1. Bruit distribué résultant deimpédance inhérente de l'alimentation. Dans les circuits haute fréquence, le bruit de l'alimentation a un impact significatif sur les signaux haute fréquence. Par conséquent, l'exigence initiale est une alimentation à faible bruit.alimentation électriqueUn sol propre et une alimentation électrique adéquate sont tout aussi essentiels.

Dans un scénario idéal, l'alimentation électrique seraitsans impédanceEn théorie, l'alimentation électrique ne génère aucun bruit. Cependant, en pratique, elle présente une certaine impédance, répartie sur l'ensemble de l'alimentation, ce qui entraîne la superposition de bruit. Il convient donc de minimiser l'impédance de l'alimentation. L'idéal serait d'utiliser une alimentation dédiée. avion de puissanceetplan de solDans la conception de circuits haute fréquence, il est généralement plus efficace de concevoir l'alimentation par couches plutôt que sous forme de bus, afin de garantir que la boucle suive systématiquement le chemin présentant l'impédance la plus faible. De plus, la carte d'alimentation fournit…boucle de signalpour tous les signaux générés et reçus sur le circuit imprimé, minimisant ainsi la boucle de signal et réduisant le bruit.

2. Interférences de mode commun : ce type d’interférence correspond au bruit entre l’alimentation et la masse. Il résulte des interférences causées par une boucle formée par le circuit perturbé et la tension de mode commun induite par la surface de référence commune. Son amplitude dépend des champs électrique et magnétique relatifs, et son intensité est relativement faible.

Dans ce scénario, la diminution du courant (Ic) entraîne une tension de mode commun dans la sérieboucle de courant, ce qui a un impact sur la section de réception. Si lechamp magnétiqueprédomine, la tension de mode commun générée dans la boucle de masse série est donnée par la formule :

ΔB dans la formule (1) représente la variation d'intensité d'induction magnétique, mesurée en Wb/m².²; S désigne la surface en m²².

Pour unchamp électromagnétique, lorsque le champ électrique La valeur étant connue, la tension induite est donnée par l'équation (2), qui est généralement applicable lorsque L = 150/F ou moins, F représentant la valeur defréquence des ondes électromagnétiquesen MHz. Si cette limite est dépassée, le calcul de la tension induite maximale peut être simplifié comme suit :

3. Interférences de champ en mode différentiel : il s’agit des interférences entre l’alimentation et leLigne d'alimentation d'entrée et de sortiesDans la conception réelle des circuits imprimés, l'auteur a observé que sa contribution au bruit de l'alimentation est minime et peut donc être omise ici.
4. Interférences interlignesCe type d'interférence concerne les interférences entre lignes électriques. Lorsqu'il existe une capacité mutuelle (C) et une inductance mutuelle (M1-2) entre deux circuits parallèles différents, l'interférence se manifeste dans le circuit perturbé s'il y a une tension (VC) et un courant (IC) dans le circuit source d'interférence.
   1. La tension couplée à travers l'impédance capacitive est donnée par l'équation (4), où RV représente la valeur parallèle de larésistance proche de l'extrémitéet lerésistance à l'extrémité distantede lacircuit perturbé.
   2. Résistance série par couplage inductif : en présence de bruit en mode commun dans la source d’interférence, l’interférence entre lignes apparaît généralement à la fois en mode commun et en mode différentiel.
5. Couplage de ligne électriqueCe phénomène se produit lorsque la ligne électrique transmet des interférences à d'autres appareils après avoir été soumise àinterférences électromagnétiques à partir de courant alternatif ou continu source d'alimentationCela représente une forme indirecte d'interférence due au bruit de l'alimentation électrique sur circuit haute fréquencesIl est important de noter que le bruit de l'alimentation électrique ne peut pas nécessairement être auto-généré, mais peut également résulter d'une induction d'interférences externes, entraînant la superposition (rayonnée ou conduite) du bruit généré par elle-même, interférant ainsi avec d'autres circuits ou dispositifs.

• Mesures de protection contre les interférences dues au bruit de l'alimentation électrique

Compte tenu des différentes manifestations et causes des interférences dues au bruit de l'alimentation électrique analysées ci-dessus, il est possible de modifier spécifiquement les conditions à l'origine de ce bruit, ce qui permet de supprimer efficacement les interférences. Les solutions suivantes sont recommandées :

• Attention àTrou traversant de la cartes : Les trous traversants nécessitentouverture de gravures sur lecouche d'alimentation Pour permettre leur passage. Si l'ouverture de la couche d'alimentation est trop grande, cela peut affecter la boucle de signal, forçant le signal à dévier et augmentant ainsi la surface de la boucle et le bruit. Si certaines lignes de signal sont concentrées près de l'ouverture et partagent cette boucle, une impédance commune peut entraîner de la diaphonie.
• Câbles de mise à la terre suffisamment longs : chaque signal nécessite sa propre boucle de signal dédiée, la zone du signal et de la boucle étant réduite au minimum, garantissant un alignement parallèle.
• Placement du filtre anti-parasites de l'alimentation : ce filtre supprime efficacement les parasites internes de l'alimentation, améliorant ainsi le système.anti-interférences et de sécurité. Il sert de système bidirectionnel.Filtre RF, en filtrant les interférences parasites introduites par la ligne électrique (empêchant les interférences d'autres appareils) et le bruit généré par lui-même (pour éviter les interférences avec d'autres appareils), ainsi que les interférences en mode commun croisé.
• Isolation électriqueTransformateurCela isole la boucle de masse en mode commun ducâble de signal de boucle d'alimentation, séparant efficacement le courant de boucle en mode commun généré à hautes fréquences.
• Régulation de l'alimentation : Le rétablissement d'une alimentation électrique plus propre peut réduire considérablement le bruit de l'alimentation.
• Câblage : Les lignes d’entrée et de sortie de l’alimentation doivent être maintenues à distance du bord de la carte diélectrique afin d’éviter la génération de rayonnements et les interférences avec d’autres circuits ou équipements.
• Alimentations analogiques et numériques séparées : les appareils haute fréquence étant généralement très sensibles au bruit numérique, il est nécessaire d’isoler les deux types d’alimentation et de les connecter ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si un signal doit traverser à la fois les domaines analogique et numérique, une boucle peut être placée en parallèle afin de réduire la section de la boucle.
• Évitez de superposer des alimentations séparées entre différentes couches : essayez de les décaler pour éviter que le bruit de l’alimentation ne soit facilement couplé par la capacité parasite.
• Isoler les composants sensibles : les composants tels que les boucles à verrouillage de phase (PLL) sont très sensibles au bruit de l’alimentation électrique et doivent être maintenus aussi loin que possible de celle-ci.
• Placement du cordon d'alimentation : Placer le câble d'alimentation le long du câble de signal permet de réduire la boucle de signal et de réduire le bruit.
• Mise à la terre du chemin de dérivation : pour éviter l’accumulation de bruit causée par les interférences de l’alimentation électrique sur la carte de circuit imprimé et les interférences de l’alimentation externe, le chemin de dérivation peut être mis à la terre sur le chemin d’interférence (à l’exclusion du rayonnement), permettant ainsi au bruit d’être dérivé vers la terre et d’éviter les interférences avec d’autres appareils et équipements.

En conclusion:Le bruit de l'alimentation, qu'il soit généré directement ou indirectement par celle-ci, perturbe le circuit. Pour en atténuer l'influence, il convient de suivre un principe général : minimiser l'impact du bruit de l'alimentation sur le circuit tout en réduisant l'influence des facteurs externes ou du circuit lui-même sur l'alimentation, afin d'éviter toute dégradation due à ce bruit.