Analisis dan Pengurangan Bunyi Bekalan Kuasa dalam Proses Reka Bentuk PCB Frekuensi Tinggi

Dalam PCB frekuensi tinggis, hingar bekalan kuasa menonjol sebagai satu bentuk gangguan yang ketara. Artikel ini menjalankan analisis komprehensif tentang ciri-ciri dan asal-usul hingar bekalan kuasa dalam PCB frekuensi tinggi, dan menawarkan penyelesaian praktikal dan berkesan berdasarkan aplikasi kejuruteraan.

A.Analisis Bunyi Bekalan Kuasa

Bunyi bising bekalan kuasa merujuk kepada bunyi bising yang dihasilkan atau terganggu oleh bekalan kuasa itu sendiri. Gangguan ini jelas dalam aspek berikut:

1. Bunyi teragih yang terhasil daripadaimpedans yang wujud bekalan kuasa. Dalam litar frekuensi tinggi, hingar bekalan kuasa memberi kesan yang ketara kepada isyarat frekuensi tinggi. Oleh itu, keperluan awal ialah hingar rendahbekalan kuasaSama pentingnya ialah tanah yang bersih dan bekalan kuasa.

Dalam senario ideal, bekalan kuasa akan menjadibebas impedans, mengakibatkan tiada bunyi bising. Walau bagaimanapun, dalam praktiknya, bekalan kuasa mempunyai impedans tertentu, yang diagihkan merentasi keseluruhan bekalan kuasa, yang membawa kepada penindihan bunyi bising. Oleh itu, usaha harus dilakukan untuk meminimumkan impedans bekalan kuasa. Adalah lebih baik untuk mempunyai yang khusus pesawat kuasadansatah daratDalam reka bentuk litar frekuensi tinggi, secara amnya lebih berkesan untuk mereka bentuk bekalan kuasa dalam lapisan dan bukannya dalam format bas, memastikan gelung secara konsisten mengikuti laluan dengan impedans paling rendah. Selain itu, papan kuasa menyediakangelung isyaratuntuk semua isyarat yang dijana dan diterima pada PCB, sekali gus meminimumkan gelung isyarat dan mengurangkan hingar.

2. Gangguan Medan Mod Sepunya: Gangguan jenis ini berkaitan dengan hingar antara bekalan kuasa dan pembumian. Ia timbul daripada gangguan yang disebabkan oleh gelung yang terbentuk oleh litar yang terganggu dan voltan mod sepunya yang terhasil daripada permukaan rujukan sepunya. Magnitudnya bergantung pada medan elektrik dan magnet relatif, dan keamatannya agak rendah.

Dalam senario ini, penurunan arus (Ic) membawa kepada voltan mod sepunya dalam sirigelung semasa, memberi kesan kepada bahagian penerima. Jikamedan magnetmendominasi, voltan mod sepunya yang dijana dalam gelung pembumian siri diberikan oleh formula:

ΔB dalam formula (1) mewakili perubahan keamatan aruhan magnet, diukur dalam Wb/m²; S menandakan luas dalam m².

Untuk sebuahmedan elektromagnet, apabila medan elektrik nilai diketahui, voltan teraruh diberikan oleh Persamaan (2), yang secara amnya terpakai apabila L=150/F atau kurang, dengan F mewakilifrekuensi gelombang elektromagnetdalam MHz. Jika had ini dilampaui, pengiraan voltan teraruh maksimum boleh dipermudahkan seperti berikut:

3. Gangguan Medan Mod Pembezaan: Ini merujuk kepada gangguan antara bekalan kuasa dantalian kuasa input dan outputsDalam reka bentuk PCB sebenar, penulis memerhatikan bahawa sumbangannya kepada hingar bekalan kuasa adalah minimum, dan oleh itu boleh diabaikan di sini.
4. Gangguan Antara BarisGangguan jenis ini berkaitan dengan gangguan antara talian kuasa. Apabila terdapat kapasitans bersama (C) dan induktans bersama (M1-2) antara dua litar selari yang berbeza, gangguan akan muncul dalam litar yang diganggu jika terdapat voltan (VC) dan arus (IC) dalam litar sumber gangguan:
   1. Voltan yang digandingkan melalui impedans kapasitif diberikan oleh Persamaan (4), di mana RV mewakili nilai selari bagirintangan hampir hujungdanrintangan hujung jauhdaripadalitar yang terganggu.
   2. Rintangan siri melalui gandingan induktif: Jika terdapat hingar mod sepunya dalam sumber gangguan, gangguan antara talian biasanya muncul dalam mod sepunya dan mod pembezaan.
5. Gandingan Talian KuasaFenomena ini berlaku apabila talian kuasa menghantar gangguan ke peranti lain selepas terdedah kepadagangguan elektromagnet dari AC atau DC sumber kuasaIni mewakili satu bentuk gangguan hingar bekalan kuasa secara tidak langsung pada litar frekuensi tinggisPenting untuk diperhatikan bahawa hingar bekalan kuasa mungkin tidak semestinya dihasilkan sendiri, tetapi juga boleh terhasil daripada induksi gangguan luaran, yang membawa kepada superimposisi (dipancarkan atau dialirkan) hingar yang dihasilkan sendiri, sekali gus mengganggu litar atau peranti lain.

• Langkah-langkah Penanggulangan untuk Menghapuskan Gangguan Bunyi Bekalan Kuasa

Memandangkan pelbagai manifestasi dan punca gangguan hingar bekalan kuasa yang dianalisis di atas, keadaan yang membawa kepada hingar bekalan kuasa boleh diganggu secara khusus, dengan berkesan menyekat gangguan tersebut. Penyelesaian berikut disyorkan:

• Perhatian kepadaPapan Melalui Lubangs: Melalui lubang memerlukanpembukaan ukirans padalapisan bekalan kuasa untuk menampung laluannya. Jika bukaan lapisan kuasa terlalu besar, ia boleh menjejaskan gelung isyarat, memaksa isyarat memintas dan meningkatkan luas gelung dan hingar. Jika talian isyarat tertentu tertumpu berhampiran bukaan dan berkongsi gelung ini, impedans biasa boleh menyebabkan crosstalk.
• Wayar Pembumian yang Mencukupi untuk Kabel: Setiap isyarat memerlukan gelung isyarat khusus tersendiri, dengan kawasan isyarat dan gelung dikekalkan sekecil mungkin, memastikan penjajaran selari.
• Penempatan Penapis Bunyi Bekalan Kuasa: Penapis ini berkesan menyekat bunyi bising bekalan kuasa dalaman, mempertingkatkan sistemanti-gangguan dan keselamatan. Ia berfungsi sebagai sistem dua halaPenapis RF, menapis gangguan hingar yang diperkenalkan daripada talian kuasa (mencegah gangguan daripada peranti lain) dan hingar yang dihasilkan sendiri (untuk mengelakkan gangguan dengan peranti lain), serta gangguan mod lazim rentas mod.
• Pengasingan KuasaTransformer: Ini mengasingkan gelung pembumian mod sepunya bagigelung bekalan kuasa atau kabel isyarat, dengan berkesan memisahkan arus gelung mod sepunya yang dijana pada frekuensi tinggi.
• Pengawalan Kuasa: Memulihkan bekalan kuasa yang lebih bersih dapat mengurangkan hingar bekalan kuasa dengan ketara.
• Pendawaian: Talian input dan output bekalan kuasa hendaklah dijauhkan daripada tepi papan dielektrik untuk mengelakkan penjanaan sinaran dan mengganggu litar atau peralatan lain.
• Bekalan Kuasa Analog dan Digital yang Berasingan: Peranti frekuensi tinggi pada amnya sangat sensitif terhadap hingar digital, jadi kedua-duanya harus diasingkan dan disambungkan bersama di pintu masuk bekalan kuasa. Jika isyarat perlu melintasi kedua-dua domain analog dan digital, gelung boleh diletakkan merentasi isyarat untuk mengurangkan kawasan gelung.
• Elakkan Pertindihan Bekalan Kuasa Berasingan Antara Lapisan Berbeza: Cuba sejajarkannya untuk mengelakkan hingar bekalan kuasa daripada mudah digandingkan melalui kapasitans parasit.
• Asingkan Komponen Sensitif: Komponen seperti gelung terkunci fasa (PLL) sangat sensitif terhadap hingar bekalan kuasa dan harus dijauhkan sejauh mungkin dari bekalan kuasa.
• Penempatan Kord Kuasa: Meletakkan talian kuasa di sebelah talian isyarat boleh mengurangkan gelung isyarat dan mencapai pengurangan hingar.
• Pembumian Laluan Pintasan: Untuk mengelakkan hingar terkumpul yang disebabkan oleh gangguan bekalan kuasa pada papan litar dan gangguan bekalan kuasa luaran, laluan pintasan boleh dibumikan pada laluan gangguan (tidak termasuk radiasi), membolehkan hingar dipintas ke tanah dan mengelakkan gangguan dengan peranti dan peralatan lain.

Kesimpulannya:Bunyi bekalan kuasa, sama ada yang dijana secara langsung atau tidak langsung daripada bekalan kuasa, mengganggu litar. Apabila menyekat pengaruhnya pada litar, prinsip umum harus dipatuhi: meminimumkan kesan bunyi bekalan kuasa pada litar sambil mengurangkan pengaruh faktor luaran atau litar pada bekalan kuasa untuk mengelakkan degradasi bunyi bekalan kuasa.