Analyse en beperking van voedingsruis in het ontwerpproces van hoogfrequente printplaten

In hoogfrequente printplaatVoedingsruis is een belangrijke vorm van interferentie. Dit artikel analyseert uitgebreid de kenmerken en oorsprong van voedingsruis in hoogfrequente printplaten en biedt praktische en effectieve oplossingen op basis van technische toepassingen.

A.Analyse van de ruis in de voeding

Voedingsruis verwijst naar de ruis die wordt gegenereerd of verstoord door de voeding zelf. Deze interferentie is merkbaar in de volgende aspecten:

1. Verspreide ruis als gevolg van deinherente impedantie van de voeding. In hoogfrequente circuits heeft voedingsruis een aanzienlijke invloed op hoogfrequente signalen. Daarom is een ruisarme voeding een essentiële eerste vereiste.voedingEveneens cruciaal zijn een schone bodem en een goede stroomvoorziening.

In een ideale situatie zou de stroomvoorziening zijnimpedantievrijwaardoor er geen ruis ontstaat. In de praktijk heeft de voeding echter een bepaalde impedantie, die over de gehele voeding verdeeld is, wat leidt tot superpositie van ruis. Daarom moet er alles aan gedaan worden om de impedantie van de voeding te minimaliseren. Het is aan te raden een aparte voeding te gebruiken. krachtvlakEngrondvlakBij het ontwerpen van hoogfrequente circuits is het over het algemeen effectiever om de voeding in lagen te ontwerpen in plaats van in een busvorm, waardoor de lus consistent het pad met de laagste impedantie volgt. Bovendien biedt de voedingsprintplaat eensignaallusvoor alle signalen die op de printplaat worden gegenereerd en ontvangen, waardoor de signaallus wordt geminimaliseerd en ruis wordt verminderd.

2. Common-mode veldinterferentie: Dit type interferentie betreft de ruis tussen de voeding en de aarde. Het ontstaat door de interferentie die wordt veroorzaakt door een lus die wordt gevormd door het verstoorde circuit en de common-mode spanning die voortkomt uit het gemeenschappelijke referentieoppervlak. De amplitude hangt af van de relatieve elektrische en magnetische velden en de intensiteit ervan is relatief laag.

In dit scenario leidt de afname van de stroom (Ic) tot een common-mode spanning in de serieschakeling.huidige lus, wat gevolgen heeft voor het ontvangende gedeelte. Als demagnetisch veldAls de common-mode spanning in de serieschakeling van de aarde overheerst, wordt deze gegenereerd door de volgende formule:

ΔB in formule (1) vertegenwoordigt de verandering in magnetische inductie-intensiteit, gemeten in Wb/m.²; S staat voor de oppervlakte in m²².

Voor eenelektromagnetisch veld, wanneer de elektrisch veld Als de waarde bekend is, wordt de geïnduceerde spanning gegeven door vergelijking (2), die over het algemeen van toepassing is wanneer L=150/F of minder, waarbij F de waarde vertegenwoordigt.elektromagnetische golffrequentiein MHz. Als deze limiet wordt overschreden, kan de berekening van de maximaal geïnduceerde spanning als volgt worden vereenvoudigd:

3. Differentieelmodusveldinterferentie: Dit verwijst naar de interferentie tussen de voeding en deingangs- en uitgangsstroomleidingSBij het daadwerkelijke ontwerp van de printplaat heeft de auteur geconstateerd dat de bijdrage ervan aan de ruis van de voeding minimaal is en daarom hier weggelaten kan worden.
4. Interline-interferentieDit type interferentie heeft betrekking op interferentie tussen stroomleidingen. Wanneer er sprake is van wederzijdse capaciteit (C) en wederzijdse inductantie (M1-2) tussen twee verschillende parallelle schakelingen, zal de interferentie zich manifesteren in de schakeling die wordt beïnvloed als er spanning (VC) en stroom (IC) aanwezig zijn in de bronschakeling van de interferentie.
   1. De spanning die via de capacitieve impedantie wordt gekoppeld, wordt gegeven door vergelijking (4), waarbij RV de parallelle waarde van de vertegenwoordigt.nabije weerstanden deweerstand aan het uiterste uiteindevan degestoorde schakeling.
   2. Serieweerstand door inductieve koppeling: Als er common-mode ruis aanwezig is in de storingsbron, treedt de interline-interferentie over het algemeen op in zowel common-mode als differentiële modus.
5. StroomleidingkoppelingDit fenomeen treedt op wanneer de stroomleiding storingen doorgeeft aan andere apparaten nadat deze eraan is blootgesteld.elektromagnetische interferentie van wisselstroom of gelijkstroom stroombronDit is een indirecte vorm van interferentie door voedingsruis. hoogfrequent circuitSHet is belangrijk om te weten dat ruis in de voeding niet per se zelf gegenereerd hoeft te worden, maar ook het gevolg kan zijn van externe interferentie. Dit leidt tot superpositie (uitgestraald of geleid) van de door de voeding zelf gegenereerde ruis, waardoor andere circuits of apparaten worden verstoord.

• Tegenmaatregelen om interferentie door voedingsruis te elimineren

Gezien de verschillende verschijningsvormen en oorzaken van voedingsruis die hierboven zijn geanalyseerd, kunnen de omstandigheden die tot voedingsruis leiden specifiek worden verstoord, waardoor de interferentie effectief wordt onderdrukt. De volgende oplossingen worden aanbevolen:

• Aandacht voorDoorvoeropening in de planks: Doorgaande gaten vereisenetsopenings op devoedingslaag om hun doorgang mogelijk te maken. Als de opening in de voedingslaag te groot is, kan dit de signaallus beïnvloeden, waardoor het signaal wordt omgeleid en het lusoppervlak en de ruis toenemen. Als bepaalde signaallijnen zich in de buurt van de opening bevinden en deze lus delen, kan een gemeenschappelijke impedantie leiden tot overspraak.
• Voldoende aardingsdraad voor kabels: Elk signaal vereist een eigen signaallus, waarbij het signaal- en lusgebied zo klein mogelijk moet worden gehouden om een ​​parallelle uitlijning te garanderen.
• Plaatsing van het voedingsruisfilter: Dit filter onderdrukt effectief interne voedingsruis, waardoor het systeem wordt verbeterd.anti-interferentie en veiligheid. Het fungeert als een tweewegcommunicatie.RF-filterHet filtert ruisinterferentie afkomstig van de stroomleiding (waardoor interferentie van andere apparaten wordt voorkomen) en door het apparaat zelf gegenereerde ruis (om interferentie met andere apparaten te voorkomen), evenals cross-mode common-mode interferentie.
• StroomisolatieTransformatorDit isoleert de common-mode aardlus van devoedingslus signaalkabelwaardoor de common-mode lusstroom die bij hoge frequenties wordt gegenereerd, effectief wordt gescheiden.
• Stroomregeling: Het herstellen van een schonere stroomvoorziening kan de ruis in de voeding aanzienlijk verminderen.
• Bedrading: De in- en uitgangsleidingen van de voeding moeten uit de buurt van de rand van de printplaat worden gehouden om straling te voorkomen en interferentie met andere circuits of apparatuur te vermijden.
• Gescheiden analoge en digitale voedingen: Hoogfrequente apparaten zijn over het algemeen erg gevoelig voor digitale ruis, dus de twee moeten van elkaar gescheiden zijn en bij de ingang van de voeding met elkaar verbonden worden. Als een signaal zowel het analoge als het digitale domein moet passeren, kan een lus over het signaal worden geplaatst om het lusoppervlak te verkleinen.
• Vermijd overlappende afzonderlijke voedingen tussen verschillende lagen: probeer ze te spreiden om te voorkomen dat ruis van de voeding gemakkelijk via parasitaire capaciteit wordt overgedragen.
• Isoleer gevoelige componenten: Componenten zoals fasevergrendelingslussen (PLL's) zijn zeer gevoelig voor ruis in de voeding en moeten zo ver mogelijk van de voeding verwijderd worden gehouden.
• Plaatsing van de voedingskabel: Door de voedingskabel parallel aan de signaalkabel te plaatsen, kan de signaallus worden verminderd en ruis worden gereduceerd.
• Aarding van het bypasspad: Om ophoping van ruis veroorzaakt door voedingsinterferentie op de printplaat en externe voedingsinterferentie te voorkomen, kan het bypasspad worden geaard op het interferentiepad (exclusief straling). Hierdoor wordt de ruis naar aarde afgevoerd en wordt interferentie met andere apparaten en apparatuur voorkomen.

Kortom:Voedingsruis, of deze nu direct of indirect door de voeding wordt gegenereerd, verstoort het circuit. Om de invloed ervan op het circuit te beperken, moet een algemeen principe worden gevolgd: minimaliseer de impact van voedingsruis op het circuit en verminder tegelijkertijd de invloed van externe factoren of het circuit zelf op de voeding om verdere verslechtering door voedingsruis te voorkomen.