Analys och begränsning av strömförsörjningsbrus i designprocessen för högfrekventa kretskort

I högfrekvent kretskorts, strömförsörjningsbrus framstår som en betydande form av störningar. Denna artikel genomför en omfattande analys av egenskaperna och ursprunget till strömförsörjningsbrus i högfrekventa kretskort och erbjuder praktiska och effektiva lösningar baserade på tekniska tillämpningar.

A.Analys av strömförsörjningsbrus

Strömförsörjningsbrus avser brus som genereras eller störs av själva strömförsörjningen. Denna störning är tydlig i följande aspekter:

1. Distribuerat brus till följd avinneboende impedans av strömförsörjningen. I högfrekventa kretsar påverkar brus från strömförsörjningen högfrekventa signaler avsevärt. Därför är det initiala kravet en lågbrusigströmförsörjningLika viktigt är ren mark och strömförsörjning.

I ett idealt scenario skulle strömförsörjningen varaimpedansfri, vilket resulterar i inget brus. I praktiken har dock strömförsörjningen en viss impedans, som är fördelad över hela strömförsörjningen, vilket leder till överlagring av brus. Därför bör man sträva efter att minimera strömförsörjningens impedans. Det är att föredra att ha en dedikerad kraftplanochjordplanVid design av högfrekventa kretsar är det generellt mer effektivt att designa strömförsörjningen i lager snarare än i ett bussformat, vilket säkerställer att slingan konsekvent följer den väg med minst impedans. Dessutom ger strömförsörjningskortet ensignalslingaför alla signaler som genereras och tas emot på kretskortet, vilket minimerar signalslingan och minskar bruset.

2. Common mode-fältinterferens: Denna typ av interferens avser bruset mellan strömförsörjningen och jord. Den uppstår på grund av interferens som orsakas av en slinga som bildas av den störda kretsen och common mode-spänningen som härrör från den gemensamma referensytan. Storleken beror på de relativa elektriska och magnetiska fälten, och dess intensitet är relativt låg.

I detta scenario leder minskningen av strömmen (Ic) till en common-mode-spänning i seriespänningen.strömslinga, vilket påverkar mottagarsektionen. Ommagnetfältdominerar, ges den common mode-spänning som genereras i seriejordslingan av formeln:

ΔB i formel (1) representerar förändringen i magnetisk induktionsintensitet, mätt i Wb/m²²; S betecknar arean i m².

För enelektromagnetiskt fält, när den elektriskt fält värdet är känt, ges den inducerade spänningen av ekvation (2), vilken generellt är tillämplig när L=150/F eller mindre, där F representerarelektromagnetisk vågfrekvensi MHz. Om denna gräns överskrids kan beräkningen av den maximala inducerade spänningen förenklas enligt följande:

3. Differentiallägesfältinterferens: Detta hänvisar till interferensen mellan strömförsörjningen ochingångs- och utgångsströmledningsI faktisk kretskortsdesign observerade författaren att dess bidrag till strömförsörjningsbrus är minimalt och därför kan utelämnas här.
4. InterlinjeinterferensDenna typ av störning avser störningar mellan kraftledningar. När det finns ömsesidig kapacitans (C) och ömsesidig induktans (M1-2) mellan två olika parallella kretsar, kommer störningen att manifestera sig i den störda kretsen om det finns spänning (VC) och ström (IC) i störningskällans krets:
   1. Spänningen som kopplas genom den kapacitiva impedansen ges av ekvation (4), där RV representerar parallellvärdet förnära-ändmotståndoch denfjärrändmotståndavstörd krets.
   2. Serieresistans genom induktiv koppling: Om det finns common mode-brus i störkällan uppträder interline-störningar generellt i både common mode och differential mode.
5. KraftledningskopplingDetta fenomen uppstår när strömledningen överför störningar till andra enheter efter att ha utsatts förelektromagnetisk störning från AC eller DC strömkällaDetta representerar en indirekt form av störningar från strömförsörjningen på högfrekvenskretssDet är viktigt att notera att brus från strömförsörjningen inte nödvändigtvis är självgenererat, utan också kan bero på extern störningsinduktion, vilket leder till överlagring (utstrålad eller ledd) av brus som genereras av sig självt, och därigenom stör andra kretsar eller enheter.

• Motåtgärder för att eliminera brusstörningar från strömförsörjningen

Med tanke på de olika manifestationer och orsaker till störningar i strömförsörjningen som analyserats ovan, kan de förhållanden som leder till störningar i strömförsörjningen specifikt störas, vilket effektivt undertrycker störningarna. Följande lösningar rekommenderas:

• Uppmärksamhet påGenomgående hål för kretskorts: Genomgående hål kräveretsningsöppnings påströmförsörjningsskikt för att ge plats åt deras passage. Om öppningen i effektlagret är för stor kan det påverka signalslingan, vilket tvingar signalen att förbikopplas och ökar slingans area och brus. Om vissa signallinjer är koncentrerade nära öppningen och delar denna slinga kan gemensam impedans leda till överhörning.
• Tillräckligt med jordledning för kablar: Varje signal kräver sin egen dedikerade signalslinga, där signal- och slingarea hålls så liten som möjligt, vilket säkerställer parallell uppriktning.
• Placering av strömförsörjningsbrusfilter: Detta filter dämpar effektivt internt brus från strömförsörjningen och förbättrar systemets prestanda.anti-interferens och säkerhet. Den fungerar som en tvåvägsRF-filter, filtrerar bort brusstörningar som introduceras från kraftledningen (förhindrar störningar från andra enheter) och brus som genereras av den själv (för att undvika störningar med andra enheter), samt korsmodstörningar från common mode.
• KraftisoleringTransformatorDetta isolerar jordslingan i gemensamt läge hosströmförsörjningsslinga eller signalkabel, vilket effektivt separerar common-mode-slingström som genereras vid höga frekvenser.
• Strömreglering: Att återställa en renare strömförsörjning kan minska bruset från strömförsörjningen avsevärt.
• Kabeldragning: Strömförsörjningens in- och utgångsledningar bör hållas borta från kanten av det dielektriska kortet för att undvika att generera strålning och störa andra kretsar eller utrustning.
• Separata analoga och digitala strömförsörjningar: Högfrekventa enheter är generellt mycket känsliga för digitalt brus, så de två bör isoleras och anslutas tillsammans vid strömförsörjningens ingång. Om en signal behöver korsa både analoga och digitala domäner kan en slinga placeras över signalen för att minska slingans area.
• Undvik överlappande separata strömförsörjningar mellan olika lager: Försök att förskjuta dem för att förhindra att strömförsörjningsbrus lätt kopplas till parasitisk kapacitans.
• Isolera känsliga komponenter: Komponenter som faslåsta slingor (PLL:er) är mycket känsliga för brus från strömförsörjningen och bör hållas så långt borta som möjligt från strömförsörjningen.
• Placering av strömkabel: Att placera en strömledning längs signalledningen kan minska signalslingan och uppnå brusreducering.
• Jordning av förbikopplingsväg: För att förhindra ackumulerat brus orsakat av strömförsörjningsstörningar på kretskortet och externa strömförsörjningsstörningar kan förbikopplingsvägen jordas på störningsvägen (exklusive strålning), vilket gör att bruset kan förbikopplas till jord och undvika störningar med andra enheter och utrustning.

Avslutningsvis:Strömförsörjningsbrus, oavsett om det genereras direkt eller indirekt från strömförsörjningen, stör kretsen. När man undertrycker dess inverkan på kretsen bör en allmän princip följas: minimera effekten av strömförsörjningsbrus på kretsen samtidigt som man minskar påverkan av externa faktorer eller kretsen på strömförsörjningen för att förhindra försämring av strömförsörjningsbruset.