Barošanas avota trokšņa analīze un mazināšana augstfrekvences PCB projektēšanas procesā

Iekšā augstfrekvences PCBBarošanas avota troksnis izceļas kā nozīmīgs traucējumu veids. Šajā rakstā ir veikta visaptveroša augstfrekvences PCB barošanas avota trokšņa raksturlielumu un izcelsmes analīze, kā arī piedāvāti praktiski un efektīvi risinājumi, kuru pamatā ir inženiertehniskie pielietojumi.

A.Barošanas avota trokšņa analīze

Barošanas avota troksnis attiecas uz troksni, ko rada vai traucē pats barošanas avots. Šie traucējumi ir redzami šādos aspektos:

1. Izkliedēts troksnis, kas rodas noraksturīgā pretestība barošanas avota. Augstfrekvences ķēdēs barošanas avota troksnis būtiski ietekmē augstfrekvences signālus. Tāpēc sākotnējā prasība ir zems trokšņu līmenisbarošanas avotsTikpat svarīga ir tīra zeme un elektroapgāde.

Ideālā scenārijā barošanas avots būtubez impedances, kā rezultātā nerodas troksnis. Tomēr praksē barošanas avotam ir noteikta pretestība, kas tiek sadalīta pa visu barošanas avotu, kā rezultātā rodas trokšņa uzkrāšanās. Tādēļ jācenšas samazināt barošanas avota pretestību. Vēlams, lai būtu paredzēts jaudas lidmašīnaunzemes plakneAugstfrekvences shēmu projektēšanā parasti ir efektīvāk projektēt barošanas avotu slāņos, nevis kopnes formātā, nodrošinot, ka cilpa konsekventi seko ceļam ar vismazāko pretestību. Turklāt barošanas plate nodrošinasignāla cilpavisiem uz PCB ģenerētajiem un saņemtajiem signāliem, tādējādi samazinot signāla cilpu un troksni.

2. Kopējā režīma lauka traucējumi: Šāda veida traucējumi attiecas uz troksni starp barošanas avotu un zemi. Tie rodas no traucējumiem, ko rada cilpa, ko veido pārtraukta ķēde un kopējā režīma spriegums, kas rodas no kopīgās atskaites virsmas. Lielums ir atkarīgs no relatīvajiem elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, un to intensitāte ir relatīvi zema.

Šajā scenārijā strāvas (Ic) samazināšanās rada kopējā režīma spriegumu virknēstrāvas cilpa, ietekmējot uztveršanas sadaļu. Jamagnētiskais lauksdominē, virknes zemējuma cilpā ģenerēto kopējā režīma spriegumu aprēķina pēc formulas:

ΔB formulā (1) apzīmē magnētiskās indukcijas intensitātes izmaiņas, kas mērītas Wb/m².²S apzīmē laukumu m².

Parelektromagnētiskais lauks, kad elektriskais lauks Ja vērtība ir zināma, inducēto spriegumu aprēķina ar vienādojumu (2), kas parasti ir piemērojams, ja L=150/F vai mazāk, kur F apzīmēelektromagnētiskā viļņa frekvenceMHz. Ja šī robeža tiek pārsniegta, maksimālā inducētā sprieguma aprēķinu var vienkāršot šādi:

3. Diferenciālā režīma lauka traucējumi: tie attiecas uz traucējumiem starp barošanas avotu unieejas un izejas barošanas līnijasFaktiskajā PCB projektēšanā autors novēroja, ka tā ietekme uz barošanas avota troksni ir minimāla, un tāpēc to šeit var izlaist.
4. Starplīniju traucējumiŠāda veida traucējumi attiecas uz traucējumiem starp elektrolīnijām. Ja starp divām dažādām paralēlām ķēdēm pastāv savstarpēja kapacitāte (C) un savstarpēja induktivitāte (M1-2), traucējumi traucētajā ķēdē izpaudīsies, ja traucējumu avota ķēdē ir spriegums (VC) un strāva (IC):
   1. Caur kapacitatīvo pretestību savienoto spriegumu nosaka vienādojums (4), kur RV apzīmē paralēlo vērtībupretestība tuvākajā galāuntālā gala pretestībanotraucēta ķēde.
   2. Virknes pretestība, izmantojot induktīvo savienojumu: ja traucējumu avotā ir kopējā režīma troksnis, starplīniju traucējumi parasti parādās gan kopējā režīmā, gan diferenciālajā režīmā.
5. Elektrolīnijas savienojums: Šī parādība rodas, ja elektrolīnija pēc tam, kad tā ir bijusi pakļauta traucējumiem, pārraida traucējumus citām ierīcēm.elektromagnētiskie traucējumi no maiņstrāvas vai līdzstrāvas barošanas avotsTas atspoguļo netiešu barošanas avota trokšņa traucējumu veidu. augstfrekvences ķēdesIr svarīgi atzīmēt, ka barošanas avota troksnis var ne vienmēr rasties pašam no tā, bet gan no ārēju traucējumu indukcijas, kas noved pie paša radītā trokšņa uzslāņošanās (izstarojuma vai vadītspējas), tādējādi traucējot citām ķēdēm vai ierīcēm.

• Pretpasākumi barošanas avota trokšņa traucējumu novēršanai

Ņemot vērā iepriekš analizētās barošanas avota trokšņa traucējumu dažādās izpausmes un cēloņus, apstākļus, kas izraisa barošanas avota troksni, var īpaši traucēt, efektīvi novēršot traucējumus. Ieteicami šādi risinājumi:

• UzmanībuCaur caurumus: Caur caurumiem ir nepieciešamskodināšanas atveres uzbarošanas avota slānis lai nodrošinātu to pāreju. Ja jaudas slāņa atvere ir pārāk liela, tas var ietekmēt signāla cilpu, piespiežot signālu apiet un palielinot cilpas laukumu un troksni. Ja noteiktas signāla līnijas ir koncentrētas atveres tuvumā un koplieto šo cilpu, kopīga pretestība var izraisīt šķērsrunu.
• Pietiekams zemējuma vads kabeļiem: Katram signālam ir nepieciešama sava atsevišķa signāla cilpa, un signāla un cilpas laukums ir pēc iespējas mazāks, nodrošinot paralēlu izlīdzināšanu.
• Barošanas bloka trokšņu filtra novietojums: Šis filtrs efektīvi nomāc iekšējo barošanas bloka troksni, uzlabojot sistēmas darbību.pret traucējumiem un drošību. Tas kalpo kā divvirzienuRF filtrs, filtrējot trokšņa traucējumus, kas rodas no elektrotīkla (novēršot traucējumus no citām ierīcēm) un paša radīto troksni (lai izvairītos no traucējumiem ar citām ierīcēm), kā arī starprežīmu kopējā režīma traucējumus.
• Jaudas izolācijaTransformators: Tas izolē ierīces kopējā režīma zemējuma cilpu.barošanas cilpa vai signāla kabelis, efektīvi atdalot augstās frekvencēs ģenerēto kopējā režīma cilpas strāvu.
• Jaudas regulēšana: tīrāka barošanas avota atjaunošana var ievērojami samazināt barošanas avota troksni.
• Elektroinstalācija: Barošanas avota ieejas un izejas līnijas jātur tālāk no dielektriskās plates malas, lai izvairītos no starojuma radīšanas un traucējumiem citu ķēžu vai iekārtu darbībā.
• Atsevišķi analogie un digitālie barošanas avoti: Augstas frekvences ierīces parasti ir ļoti jutīgas pret digitālo troksni, tāpēc abi ir jāizolē un jāsavieno kopā pie barošanas avota ieejas. Ja signālam ir jāšķērso gan analogais, gan digitālais domēns, signālam var izveidot cilpu, lai samazinātu cilpas laukumu.
• Izvairieties no atsevišķu barošanas avotu pārklāšanās starp dažādiem slāņiem: mēģiniet tos izvietot pakāpeniski, lai novērstu barošanas avota trokšņa vieglu savienošanos ar parazītisko kapacitāti.
• Izolējiet jutīgus komponentus: komponenti, piemēram, fāzes bloķētāji (PLL), ir ļoti jutīgi pret barošanas avota troksni, un tie jāglabā pēc iespējas tālāk no barošanas avota.
• Strāvas vada novietojums: Strāvas vada novietošana blakus signāla līnijai var samazināt signāla cilpu un panākt trokšņu samazināšanu.
• Apvedceļa zemējums: Lai novērstu uzkrāto troksni, ko rada barošanas avota traucējumi shēmas platē un ārējā barošanas avota traucējumi, apvedceļu var iezemēt traucējumu ceļā (izņemot starojumu), ļaujot troksnim apiet uz zemes un novēršot traucējumus citām ierīcēm un iekārtām.

Noslēgumā:Barošanas avota troksnis, neatkarīgi no tā, vai tas tiek radīts tieši vai netieši no barošanas avota, traucē ķēdes darbību. Nomācot tā ietekmi uz ķēdi, jāievēro vispārējs princips: līdz minimumam samazināt barošanas avota trokšņa ietekmi uz ķēdi, vienlaikus samazinot arī ārējo faktoru vai ķēdes ietekmi uz barošanas avotu, lai novērstu barošanas avota trokšņa pasliktināšanos.