Maitinimo šaltinio triukšmo analizė ir mažinimas aukšto dažnio spausdintinių plokščių projektavimo procese

Į aukšto dažnio PCBMaitinimo šaltinio triukšmas išsiskiria kaip reikšminga trukdžių forma. Šiame straipsnyje atliekama išsami aukšto dažnio spausdintinių plokščių maitinimo šaltinio triukšmo charakteristikų ir kilmės analizė ir siūlomi praktiški bei veiksmingi sprendimai, pagrįsti inžineriniais pritaikymais.

A.Maitinimo šaltinio triukšmo analizė

Maitinimo šaltinio triukšmas – tai paties maitinimo šaltinio generuojamas arba trikdomas triukšmas. Šis trikdis pasireiškia šiais aspektais:

1. Paskirstytas triukšmas, atsirandantis dėlbūdingoji varža maitinimo šaltinio. Aukšto dažnio grandinėse maitinimo šaltinio triukšmas daro didelę įtaką aukšto dažnio signalams. Todėl pradinis reikalavimas yra mažo triukšmo lygismaitinimo šaltinisLygiai taip pat svarbu švarus įžeminimas ir elektros energijos tiekimas.

Idealiu atveju maitinimo šaltinis būtųbe impedanso, todėl triukšmo nėra. Tačiau praktiškai maitinimo šaltinis turi tam tikrą varžą, kuri pasiskirsto per visą maitinimo šaltinį, todėl triukšmas kaupiasi. Todėl reikėtų stengtis kuo labiau sumažinti maitinimo šaltinio varžą. Pageidautina turėti specialų galios plokštumairįžeminimo plokštumaAukšto dažnio grandinių projektavime paprastai efektyviau maitinimo šaltinį projektuoti sluoksniais, o ne magistralės formatu, užtikrinant, kad kilpa nuosekliai eitų keliu su mažiausia varža. Be to, maitinimo plokštė suteikiasignalo kilpavisiems PCB generuojamiems ir priimamiems signalams, taip sumažinant signalo kilpą ir triukšmą.

2. Bendrojo režimo lauko trukdžiai: šio tipo trukdžiai susiję su triukšmu tarp maitinimo šaltinio ir žemės. Jie atsiranda dėl trukdžių, kuriuos sukelia kilpa, susidariusi dėl sutrikdytos grandinės ir bendrojo režimo įtampos, atsirandančios dėl bendro atskaitos paviršiaus. Jų dydis priklauso nuo santykinių elektrinių ir magnetinių laukų, o jų intensyvumas yra santykinai mažas.

Šiuo atveju srovės (Ic) sumažėjimas lemia bendrojo režimo įtampą nuosekliai.srovės kilpa, darantis įtaką priimančiajai sekcijai. Jeimagnetinis laukasvyrauja, nuosekliojoje įžeminimo kilpoje generuojama bendrojo režimo įtampa apskaičiuojama pagal formulę:

ΔB formulėje (1) reiškia magnetinės indukcijos intensyvumo pokytį, matuojamą Wb/m².²S žymi plotą m²².

Uželektromagnetinis laukas, kai elektrinis laukas Jei vertė žinoma, indukuota įtampa pateikiama pagal (2) lygtį, kuri paprastai taikoma, kai L = 150/F arba mažiau, kur F reiškiaelektromagnetinių bangų dažnisMHz. Jei ši riba viršijama, didžiausios indukuotos įtampos apskaičiavimą galima supaprastinti taip:

3. Diferencinio režimo lauko trukdžiai: tai trukdžiai tarp maitinimo šaltinio irįvesties ir išvesties maitinimo linijasProjektuojant PCB, autorius pastebėjo, kad jo indėlis į maitinimo šaltinio keliamą triukšmą yra minimalus, todėl čia jo galima praleisti.
4. Tarpiniai trukdžiaiŠis trukdžių tipas susijęs su trukdžiais tarp elektros linijų. Kai tarp dviejų skirtingų lygiagrečių grandinių yra abipusė talpa (C) ir abipusė induktyvumas (M1-2), trukdžiai trukdžių veikiamoje grandinėje pasireikš, jei trukdžių šaltinio grandinėje bus įtampa (VC) ir srovė (IC):
   1. Įtampa, sujungta per talpinę varžą, pateikiama (4) lygtimi, kur RV reiškia lygiagrečiąją įtampąartimojo galo pasipriešinimasirtolimojo galo pasipriešinimasišsutrikusi grandinė.
   2. Nuoseklioji varža dėl indukcinio sujungimo: jei trukdžių šaltinyje yra bendrojo režimo triukšmas, tarpląsteliniai trukdžiai paprastai atsiranda ir bendrojo, ir diferencinio režimo metu.
5. Maitinimo linijos jungtisŠis reiškinys atsiranda, kai maitinimo linija, paveikta elektros srovės, perduoda trukdžius kitiems įrenginiams.elektromagnetiniai trukdžiai iš kintamosios arba nuolatinės srovės maitinimo šaltinisTai yra netiesioginė maitinimo šaltinio triukšmo trukdžių forma aukšto dažnio grandinėsSvarbu atkreipti dėmesį, kad maitinimo šaltinio keliamas triukšmas nebūtinai atsiranda pats prietaisas, bet taip pat gali atsirasti dėl išorinių trukdžių, dėl kurių paties prietaiso keliamas triukšmas gali būti uždėtas ant jo (spinduliuojamas arba perduodamas), taip trukdydamas kitoms grandinėms ar įrenginiams.

• Maitinimo šaltinio keliamo triukšmo šalinimo priemonės

Atsižvelgiant į įvairias aukščiau išanalizuotas maitinimo šaltinio keliamo triukšmo apraiškas ir priežastis, galima specialiai sutrikdyti maitinimo šaltinio keliamą triukšmą sukeliančias sąlygas, veiksmingai slopinant trukdžius. Rekomenduojami šie sprendimai:

• DėmesysLenta per skylęs: Per skyles reikiaėsdinimo angas antmaitinimo sluoksnis kad jie galėtų praeiti. Jei galios sluoksnio anga yra per didelė, tai gali paveikti signalo kilpą, priversdama signalą apeiti jį ir padidindama kilpos plotą bei triukšmą. Jei tam tikros signalo linijos yra sutelktos šalia angos ir dalijasi šia kilpa, bendra varža gali sukelti kryžminius trikdžius.
• Pakankamas įžeminimo laidas kabeliams: kiekvienam signalui reikalinga atskira signalo kilpa, o signalo ir kilpos plotas turi būti kuo mažesnis, užtikrinant lygiagretų suderinimą.
• Maitinimo šaltinio triukšmo filtro išdėstymas: šis filtras efektyviai slopina vidinį maitinimo šaltinio triukšmą, pagerindamas sistemos veikimąapsauga nuo trukdžių ir saugumą. Tai veikia kaip dvipusisRF filtras, filtruojant iš maitinimo linijos sklindančius triukšmo trukdžius (užkertant kelią kitų įrenginių trukdžiams) ir paties įrenginio generuojamą triukšmą (siekiant išvengti trukdžių kitiems įrenginiams), taip pat kryžminio režimo bendrojo režimo trukdžius.
• Maitinimo izoliacijaTransformatorius: Tai izoliuoja bendrojo režimo įžeminimo kilpąMaitinimo kilpos arba signalo kabelis, efektyviai atskiriant aukštuose dažniuose generuojamą bendrojo režimo kilpos srovę.
• Maitinimo reguliavimas: Atkūrus švaresnį maitinimo šaltinį, galima gerokai sumažinti maitinimo šaltinio keliamą triukšmą.
• Laidų išdėstymas: Maitinimo šaltinio įvesties ir išvesties linijos turi būti laikomos atokiau nuo dielektrinės plokštės krašto, kad būtų išvengta spinduliuotės ir trukdžių kitoms grandinėms ar įrangai.
• Atskiri analoginiai ir skaitmeniniai maitinimo šaltiniai: aukšto dažnio įrenginiai paprastai yra labai jautrūs skaitmeniniam triukšmui, todėl juos abu reikėtų izoliuoti ir sujungti prie maitinimo šaltinio įėjimo. Jei signalas turi kirsti ir analogines, ir skaitmenines sritis, skersai signalo galima įrengti kilpą, kad būtų sumažintas kilpos plotas.
• Venkite atskirų maitinimo šaltinių persidengimo tarp skirtingų sluoksnių: stenkitės juos išdėstyti pakopomis, kad maitinimo šaltinio triukšmas nebūtų lengvai sujungtas per parazitinę talpą.
• Izoliuokite jautrius komponentus: tokie komponentai kaip fazių fiksavimo kilpos (PLL) yra labai jautrūs maitinimo šaltinio keliamam triukšmui ir turėtų būti laikomi kuo toliau nuo maitinimo šaltinio.
• Maitinimo laido išdėstymas: Maitinimo laido išdėstymas šalia signalo linijos gali sumažinti signalo kilpą ir triukšmą.
• Apėjimo kelio įžeminimas: Siekiant išvengti susikaupusio triukšmo, kurį sukelia maitinimo šaltinio trukdžiai grandinės plokštėje ir išoriniai maitinimo šaltinio trukdžiai, apėjimo kelią galima įžeminti trukdžių kelyje (išskyrus spinduliuotę), taip triukšmą nukreipiant į žemę ir išvengiant trukdžių kitiems įrenginiams bei įrangai.

Išvada:Maitinimo šaltinio keliamas triukšmas, nesvarbu, ar tiesiogiai, ar netiesiogiai kylantis iš maitinimo šaltinio, trikdo grandinės darbą. Slopinant jo įtaką grandinei, reikėtų laikytis bendro principo: kuo labiau sumažinti maitinimo šaltinio keliamo triukšmo poveikį grandinei, kartu sumažinant išorinių veiksnių ar grandinės įtaką maitinimo šaltiniui, kad būtų išvengta maitinimo šaltinio keliamo triukšmo pablogėjimo.