Анализ и снижение уровня помех в источнике питания в процессе проектирования печатных плат для высокочастотных устройств.

В высокочастотная печатная платаВ частности, помехи от источника питания выделяются как значительная форма интерференции. В данной статье проводится всесторонний анализ характеристик и источников помех от источника питания на высокочастотных печатных платах и ​​предлагаются практические и эффективные решения, основанные на инженерных приложениях.

А.Анализ шума источника питания

Шум в источнике питания — это шум, создаваемый или создаваемый самим источником питания. Эти помехи проявляются в следующих аспектах:

1. Распределенный шум, возникающий в результатесобственное сопротивление шум источника питания. В высокочастотных схемах шум источника питания существенно влияет на высокочастотные сигналы. Поэтому первоначальным требованием является низкий уровень шума.источник питанияНе менее важны чистота грунта и электроснабжение.

В идеальном случае источник питания был быбез импедансаВ результате шум отсутствует. Однако на практике источник питания обладает определенным импедансом, который распределен по всей цепи, что приводит к наложению шума. Следовательно, следует прилагать усилия для минимизации импеданса источника питания. Предпочтительно использовать выделенный источник питания. силовой самолетиплоскость землиВ высокочастотном проектировании схем, как правило, эффективнее проектировать источник питания послойно, а не в виде шины, обеспечивая тем самым последовательное следование контуру по пути с наименьшим сопротивлением. Кроме того, плата питания обеспечиваетсигнальная петлядля всех сигналов, генерируемых и принимаемых на печатной плате, что минимизирует сигнальную петлю и снижает уровень шума.

2. Помехи синфазного поля: Этот тип помех относится к шуму между источником питания и землей. Он возникает из-за помех, вызванных петлей, образованной нарушенной цепью и синфазным напряжением, возникающим от общей опорной поверхности. Величина помех зависит от относительного электрического и магнитного полей, а их интенсивность относительно низка.

В этом сценарии уменьшение тока (Ic) приводит к синфазному напряжению в последовательном соединении.текущий цикл, что влияет на приемный участок. Еслимагнитное полеПри преобладании синфазного напряжения, генерируемого в последовательном контуре заземления, оно определяется формулой:

ΔB в формуле (1) представляет собой изменение интенсивности магнитной индукции, измеренное в Вб/м.²S обозначает площадь в м².².

Дляэлектромагнитное полекогда электрическое поле Если значение известно, индуцированное напряжение определяется уравнением (2), которое обычно применимо, когда L = 150/F или меньше, где F представляет собойчастота электромагнитных волнв МГц. Если этот предел превышен, расчет максимального наведенного напряжения можно упростить следующим образом:

3. Интерференция поля в дифференциальном режиме: это интерференция между источником питания ивходная и выходная линия электропитаниясВ реальных проектах по проектированию печатных плат автор заметил, что его вклад в шум источника питания минимален, поэтому его можно здесь опустить.
4. Межстрочные помехиЭтот тип помех относится к помехам между линиями электропередачи. Когда между двумя различными параллельными цепями существует взаимная емкость (C) и взаимная индуктивность (M1-2), помехи проявятся в цепи, в которой возникают помехи, если в цепи источника помех присутствуют напряжение (VC) и ток (IC):
   1. Напряжение, передаваемое через емкостное сопротивление, определяется уравнением (4), где RV представляет собой параллельное значениесопротивление вблизи концаисопротивление на дальнем концепринадлежащийпомехи в цепи.
   2. Последовательное сопротивление через индуктивную связь: если в источнике помех присутствует синфазный шум, межсетевые помехи обычно возникают как в синфазном, так и в дифференциальном режимах.
5. Соединение силовых линийЭто явление происходит, когда линия электропередачи передает помехи другим устройствам после воздействия внешних факторов.электромагнитные помехи от переменного или постоянного тока источник питанияЭто представляет собой косвенную форму помех от источника питания. высокочастотная схемасВажно отметить, что помехи в источнике питания не обязательно являются результатом собственной генерации, но могут также возникать в результате внешних помех, приводящих к наложению (излучаемых или проводимых) собственных помех, тем самым создавая помехи для других цепей или устройств.

• Меры по устранению помех от источника питания

Учитывая различные проявления и причины помех в электропитании, проанализированные выше, условия, приводящие к возникновению помех в электропитании, могут быть целенаправленно нарушены, что позволит эффективно подавить эти помехи. Рекомендуются следующие решения:

• Внимание кСквозное отверстие в доскеs: Сквозные отверстия необходимыотверстие для травленияс наслой источника питания для обеспечения их прохождения. Если отверстие в силовом слое слишком велико, это может повлиять на сигнальную петлю, заставляя сигнал обходить ее и увеличивая площадь петли и уровень шума. Если определенные сигнальные линии сосредоточены вблизи отверстия и используют эту петлю, общее сопротивление может привести к перекрестным помехам.
• Достаточное количество заземляющего провода для кабелей: для каждого сигнала требуется своя выделенная сигнальная петля, при этом площадь сигнала и петли должна быть сведена к минимуму, обеспечивая параллельное расположение.
• Размещение фильтра шума блока питания: Этот фильтр эффективно подавляет внутренний шум блока питания, повышая эффективность системы.защита от помех и безопасности. Он служит двусторонним каналом связи.ВЧ фильтрфильтрация помех, вносимых из сети электропитания (предотвращение помех от других устройств), и собственного шума (во избежание помех от других устройств), а также перекрестных синфазных помех.
• Изоляция питанияТрансформаторЭто позволяет изолировать контур заземления синфазного сигнала.кабель питания петли сигналаэффективно разделяя синфазные токи контура, генерируемые на высоких частотах.
• Регулировка мощности: Восстановление более чистого источника питания может значительно снизить уровень шума в сети.
• Подключение: Входные и выходные линии источника питания следует располагать на некотором расстоянии от края диэлектрической платы, чтобы избежать излучения и помех для других цепей или оборудования.
• Раздельные аналоговые и цифровые источники питания: Высокочастотные устройства, как правило, очень чувствительны к цифровым помехам, поэтому их следует изолировать и соединять вместе на входе источника питания. Если сигнал должен проходить как через аналоговую, так и через цифровую области, можно создать петлю, чтобы уменьшить площадь петли.
• Избегайте перекрывающихся отдельных источников питания между различными слоями: старайтесь располагать их в шахматном порядке, чтобы предотвратить легкое проникновение помех от источников питания через паразитные емкости.
• Изолируйте чувствительные компоненты: такие компоненты, как фазовые автоподстройки частоты (ФАПЧ), очень чувствительны к помехам в источнике питания и должны располагаться как можно дальше от него.
• Размещение силового кабеля: Размещение силового кабеля вдоль сигнальной линии может уменьшить сигнальную петлю и обеспечить снижение уровня шума.
• Заземление обходного пути: Для предотвращения накопления шума, вызванного помехами питания на печатной плате и внешними помехами от источника питания, обходной путь может быть заземлен на пути распространения помех (исключая излучение), что позволяет отводить шум на землю и избегать помех для других устройств и оборудования.

В заключение:Помехи в электропитании, создаваемые непосредственно или косвенно источником питания, мешают работе схемы. При подавлении их влияния на схему следует придерживаться общего принципа: минимизировать воздействие помех в электропитании на схему, одновременно уменьшая влияние внешних факторов или схемы на источник питания, чтобы предотвратить ухудшение качества работы схемы из-за помех в электропитании.