Analiza și atenuarea zgomotului sursei de alimentare în procesul de proiectare a PCB-urilor de înaltă frecvență

În PCB de înaltă frecvențăZgomotul sursei de alimentare se remarcă ca o formă semnificativă de interferență. Acest articol realizează o analiză cuprinzătoare a caracteristicilor și originilor zgomotului sursei de alimentare în PCB-urile de înaltă frecvență și oferă soluții practice și eficiente bazate pe aplicații inginerești.

O.Analiza zgomotului sursei de alimentare

Zgomotul sursei de alimentare se referă la zgomotul generat sau perturbat de sursa de alimentare în sine. Această interferență este evidentă în următoarele aspecte:

1. Zgomot distribuit rezultat dinimpedanță inerentă al sursei de alimentare. În circuitele de înaltă frecvență, zgomotul sursei de alimentare are un impact semnificativ asupra semnalelor de înaltă frecvență. Prin urmare, cerința inițială este un zgomot redusalimentare electricăLa fel de importante sunt și un teren curat și alimentarea cu energie electrică.

Într-un scenariu ideal, sursa de alimentare ar fifără impedanță, rezultând în absența zgomotului. Cu toate acestea, în practică, sursa de alimentare posedă o anumită impedanță, care este distribuită pe întreaga sursă de alimentare, ceea ce duce la suprapunerea zgomotului. Prin urmare, ar trebui depuse eforturi pentru a minimiza impedanța sursei de alimentare. Este de preferat să existe un circuit dedicat avion de putereşiplanul soluluiÎn proiectarea circuitelor de înaltă frecvență, este în general mai eficient să se proiecteze sursa de alimentare în straturi decât într-un format de magistrală, asigurându-se că bucla urmează în mod constant calea cu cea mai mică impedanță. În plus, placa de alimentare oferă obuclă de semnalpentru toate semnalele generate și recepționate pe PCB, minimizând astfel bucla de semnal și reducând zgomotul.

2. Interferență de câmp de mod comun: Acest tip de interferență se referă la zgomotul dintre sursa de alimentare și masă. Aceasta provine din interferența cauzată de o buclă formată de circuitul întrerupt și tensiunea de mod comun rezultată de la suprafața de referință comună. Magnitudinea depinde de câmpurile electrice și magnetice relative, iar intensitatea sa este relativ scăzută.

În acest scenariu, scăderea curentului (Ic) duce la o tensiune de mod comun în seriebuclă de curent, afectând secțiunea receptoare. Dacăcâmp magneticpredomină, tensiunea de mod comun generată în bucla de masă serie este dată de formula:

ΔB în formula (1) reprezintă modificarea intensității inducției magnetice, măsurată în Wb/m²²; S reprezintă aria în m²².

Pentru uncâmp electromagnetic, când câmp electric Dacă valoarea este cunoscută, tensiunea indusă este dată de ecuația (2), care este în general aplicabilă atunci când L=150/F sau mai puțin, unde F reprezentândfrecvența undelor electromagneticeîn MHz. Dacă această limită este depășită, calculul tensiunii induse maxime poate fi simplificat după cum urmează:

3. Interferență de câmp în mod diferențial: Aceasta se referă la interferența dintre sursa de alimentare șilinie de alimentare de intrare și ieșiresÎn proiectarea PCB-urilor actuale, autorul a observat că această contribuție la zgomotul sursei de alimentare este minimă și, prin urmare, poate fi omisă aici.
4. Interferență între liniiAcest tip de interferență se referă la interferența dintre liniile electrice. Atunci când există o capacitate mutuală (C) și o inductanță mutuală (M1-2) între două circuite paralele diferite, interferența se va manifesta în circuitul interferat dacă există tensiune (VC) și curent (IC) în circuitul sursei de interferență:
   1. Tensiunea cuplată prin impedanța capacitivă este dată de ecuația (4), unde RV reprezintă valoarea paralelă arezistență la capătul apropiatșirezistență la capătul îndepărtatal/a/alecircuit interferat.
   2. Rezistență serie prin cuplare inductivă: Dacă există zgomot de mod comun în sursa de interferență, interferența între linii apare în general atât în ​​mod comun, cât și în mod diferențial.
5. Cuplaj linie electricăAcest fenomen apare atunci când linia electrică transmite interferențe către alte dispozitive după ce a fost supusă lainterferențe electromagnetice de la curent alternativ sau curent continuu sursă de alimentareAceasta reprezintă o formă indirectă de interferență cu zgomotul sursei de alimentare circuit de înaltă frecvențăsEste important de menționat că zgomotul sursei de alimentare poate să nu fie neapărat generat de ea însăși, ci poate rezulta și din inducția de interferențe externe, ceea ce duce la suprapunerea (radiată sau condusă) a zgomotului generat de aceasta, interferând astfel cu alte circuite sau dispozitive.

• Contramăsuri pentru eliminarea interferențelor de zgomot ale alimentării cu energie electrică

Având în vedere diversele manifestări și cauze ale interferențelor zgomotului sursei de alimentare analizate mai sus, condițiile care duc la apariția zgomotului sursei de alimentare pot fi perturbate în mod specific, suprimând eficient interferențele. Se recomandă următoarele soluții:

• Atenție laGaură prin placăs: Găurile străpunse necesitădeschidere de gravares pestratul de alimentare pentru a facilita trecerea lor. Dacă deschiderea stratului de putere este prea mare, aceasta poate afecta bucla de semnal, forțând ocolirea semnalului și crescând aria buclei și zgomotul. Dacă anumite linii de semnal sunt concentrate în apropierea deschiderii și partajează această buclă, impedanța comună poate duce la diafonie.
• Cablu de împământare suficient pentru cabluri: Fiecare semnal necesită propria buclă de semnal dedicată, semnalul și zona buclei fiind menținute cât mai mici posibil, asigurând o aliniere paralelă.
• Plasarea filtrului de zgomot al sursei de alimentare: Acest filtru suprimă eficient zgomotul intern al sursei de alimentare, îmbunătățindanti-interferență și siguranță. Servește ca un canal bidirecționalFiltru RF, filtrând interferențele de zgomot introduse de linia electrică (prevenind interferențele de la alte dispozitive) și zgomotul generat de aceasta (pentru a evita interferențele cu alte dispozitive), precum și interferențele de mod comun încrucișat.
• Izolarea alimentăriiTransformatorAceasta izolează bucla de masă de mod comun acablu de semnal sau buclă de alimentare, separând eficient curentul de buclă de mod comun generat la frecvențe înalte.
• Reglarea puterii: Restabilirea unei surse de alimentare mai curate poate reduce semnificativ zgomotul sursei de alimentare.
• Cablare: Liniile de intrare și ieșire ale sursei de alimentare trebuie ținute departe de marginea plăcii dielectrice pentru a evita generarea de radiații și interferența cu alte circuite sau echipamente.
• Surse de alimentare analogice și digitale separate: Dispozitivele de înaltă frecvență sunt în general foarte sensibile la zgomotul digital, așa că cele două ar trebui izolate și conectate împreună la intrarea sursei de alimentare. Dacă un semnal trebuie să traverseze ambele domenii, analogic și digital, se poate plasa o buclă peste semnal pentru a reduce aria buclei.
• Evitați suprapunerea surselor de alimentare separate între diferite straturi: Încercați să le decalați pentru a preveni cuplarea ușoară a zgomotului sursei de alimentare prin condensatoare parazitare.
• Izolarea componentelor sensibile: Componentele precum buclele blocate în fază (PLL) sunt foarte sensibile la zgomotul sursei de alimentare și ar trebui ținute cât mai departe posibil de aceasta.
• Amplasarea cablului de alimentare: Amplasarea unei linii de alimentare alături de linia de semnal poate reduce bucla de semnal și poate reduce zgomotul.
• Împământarea căii de bypass: Pentru a preveni acumularea de zgomot cauzată de interferențele sursei de alimentare pe placa de circuit și de interferențele sursei de alimentare externe, calea de bypass poate fi împământată pe calea de interferență (excluzând radiațiile), permițând ocolirea zgomotului la masă și evitând interferențele cu alte dispozitive și echipamente.

În concluzie:Zgomotul sursei de alimentare, fie generat direct sau indirect de sursa de alimentare, interferează cu circuitul. Atunci când se suprimă influența acestuia asupra circuitului, trebuie respectat un principiu general: minimizarea impactului zgomotului sursei de alimentare asupra circuitului, reducând în același timp influența factorilor externi sau a circuitului asupra sursei de alimentare pentru a preveni degradarea zgomotului sursei de alimentare.