In vysokofrekvenční PCB deska, důležitějším typem rušení je šum napájecího zdroje. Systematickou analýzou charakteristik a příčin výkonového šumu na vysokofrekvenčních deskách plošných spojů autor navrhuje některá velmi efektivní a jednoduchá řešení v kombinaci s inženýrskými aplikacemi.

Analýza šumu napájecího zdroje

Hluk napájecího zdroje se týká hluku generovaného samotným napájecím zdrojem nebo vyvolaného rušením. Rušení se projevuje v následujících aspektech:

1) Distribuovaný šum způsobený vlastní impedancí samotného napájecího zdroje. Ve vysokofrekvenčních obvodech má šum napájecího zdroje větší dopad na vysokofrekvenční signály. Proto je nejprve potřeba nízkošumový napájecí zdroj. Čistá půda je stejně důležitá jako čistý zdroj energie. Výkonová charakteristika je znázorněna jako na obr. 1.

Výkonová křivka

Jak je vidět z obrázku 1, zdroj za ideálních podmínek nemá impedanci, takže nevzniká žádný šum. Skutečný napájecí zdroj má však určitou impedanci a impedance je rozložena na celý napájecí zdroj, takže na napájecím zdroji bude také superponován šum. Proto by měla být impedance napájecího zdroje co nejvíce snížena a nejlepší je mít vyhrazenou napájecí vrstvu a zemní vrstvu. Při návrhu vysokofrekvenčních obvodů je obecně lepší navrhnout napájení ve formě vrstvy než ve formě sběrnice, aby smyčka mohla vždy sledovat cestu s nejmenší impedancí. Kromě toho musí výkonová deska také poskytovat signálovou smyčku pro všechny generované a přijímané signály na desce plošných spojů, aby bylo možné signálovou smyčku minimalizovat, a tím snížit šum.

2) Interference pole společného režimu. Týká se šumu mezi napájecím zdrojem a zemí. Je to rušení způsobené souosým napětím způsobené smyčkou tvořenou rušeným obvodem a společnou referenční plochou určitého napájecího zdroje. Jeho hodnota závisí na relativním elektrickém poli a magnetickém poli. Síla závisí na síle. Jak je znázorněno na obrázku 2.

Rušení v běžném režimu

Na tomto kanálu způsobí pokles Ic v sériové proudové smyčce napětí v běžném režimu, které ovlivní přijímací část. Pokud je magnetické pole dominantní, hodnota souosého napětí generovaného v sériové zemní smyčce je:

Napětí v běžném režimu

Ve vzorci (1) je ΔB změna v hustotě magnetického toku, Wb/m2; S je plocha, m2.

Pokud se jedná o elektromagnetické pole, když je známa hodnota jeho elektrického pole, je jeho indukované napětí

Indukční napětí

Rovnice (2) obecně platí pro L=150/F nebo méně, kde F je frekvence elektromagnetických vln v MHz.

Zkušenosti autora jsou: Při překročení této hranice lze výpočet maximálního indukovaného napětí zjednodušit na:

Maximální indukované napětí

3) Interference pole v diferenciálním režimu. Týká se interference mezi napájecím zdrojem a vstupním a výstupním napájecím vedením. Při samotném návrhu DPS autor zjistil, že jeho podíl na hlučnosti zdroje je velmi malý, takže to zde není nutné rozebírat.

4) Inter-line interference. Týká se rušení mezi elektrickými vedeními. Když jsou mezi dvěma různými paralelními obvody vzájemná kapacita C a vzájemná indukčnost M1-2, pokud je v obvodu zdroje rušení napětí VC a proud IC, objeví se rušený obvod:

A. Napětí vázané přes kapacitní impedanci je

Napětí vázané přes kapacitní impedanci

Ve vzorci (4) je RV paralelní hodnota odporu na blízkém konci a odporu na vzdáleném konci rušeného obvodu.

B. Sériový odpor prostřednictvím indukční vazby

Sériový odpor prostřednictvím indukční vazby

Pokud se ve zdroji rušení vyskytuje šum společného režimu, rušení mezi linkami má obecně podobu společného režimu a diferenciálního režimu.

5) Spojka elektrického vedení. Týká se jevu, že poté, co je AC nebo DC napájecí kabel vystaven elektromagnetickému rušení, napájecí kabel přenáší rušení do jiných zařízení. Jedná se o nepřímé rušení vysokofrekvenčního obvodu šumem napájecího zdroje. Je třeba poznamenat, že hluk napájecího zdroje nemusí být nutně generován sám o sobě, ale může to být také hluk způsobený externím rušením, a pak tento hluk překrýt hlukem, který sám vytváří (zářením nebo vedením), aby rušil jiné obvody. nebo zařízení.

Protiopatření k odstranění rušení napájecího zdroje

S ohledem na výše analyzované různé projevy a příčiny rušení napájecího zdroje lze cíleně zničit podmínky, za kterých k němu dochází, a rušení napájecím šumem účinně potlačit. Řešení jsou následující: 1) Dávejte pozor na průchozí otvory na desce. Průchozí otvor vyžaduje, aby byl otvor na energetické vrstvě vyleptán, aby byl ponechán prostor pro průchod průchozího otvoru. Pokud je otvor ve výkonové vrstvě příliš velký, nevyhnutelně to ovlivní signálovou smyčku, signál bude nucen obejít, plocha smyčky se zvětší a šum se zvýší. Současně, pokud jsou některé signálové linky soustředěny v blízkosti otvoru a sdílejí tuto smyčku, společná impedance způsobí přeslechy. Viz obrázek 3.

Obejít společnou cestu signálového obvodu

2) Pro připojovací vodiče je zapotřebí dostatek zemnících vodičů. Každý signál musí mít svou vlastní vyhrazenou signálovou smyčku a oblast smyčky signálu a smyčky je co nejmenší, to znamená, že signál a smyčka musí být paralelní.

3) Umístěte odrušovací filtr napájecího zdroje. Dokáže účinně potlačit hluk uvnitř napájecího zdroje a zlepšit ochranu proti rušení a bezpečnost systému. A je to obousměrný vysokofrekvenční filtr, který dokáže nejen odfiltrovat rušení způsobené elektrickým vedením (aby nedocházelo k rušení jiným zařízením), ale také odfiltrovat hluk, který sám vytváří (aby nedocházelo k rušení jiných zařízení ) a narušují společný režim sériového režimu. Oba mají inhibiční účinek.

4) Výkonový oddělovací transformátor. Oddělte napájecí smyčku nebo zemní smyčku společného režimu signálového kabelu, můžete účinně izolovat proud smyčky společného režimu generovaný při vysoké frekvenci.

5) Regulátor napájení. Opětovné získání čistšího napájení může výrazně snížit hladinu hluku napájecího zdroje.

6) Elektroinstalace. Vstupní a výstupní vedení napájecího zdroje by neměla být položena na okraji dielektrické desky, jinak je snadné generovat záření a rušit jiné obvody nebo zařízení.

7) Analogové a digitální napájení by mělo být odděleno. Vysokofrekvenční zařízení jsou obecně velmi citlivá na digitální šum, takže by měla být oddělena a propojena na vstupu do napájecího zdroje. Pokud signál musí překročit analogovou i digitální část, lze na rozpětí signálu umístit smyčku, aby se zmenšila oblast smyčky. Jak je znázorněno na obrázku 4.

Umístěte smyčku na křížení signálu, abyste zmenšili oblast smyčky

8) Vyhněte se překrývání samostatných napájecích zdrojů mezi různými vrstvami. Rozložte je co nejvíce, jinak je šum napájecího zdroje snadno spojen s parazitní kapacitou.

9) Izolujte citlivé komponenty. Některé komponenty, jako jsou smyčky fázového závěsu (PLL), jsou velmi citlivé na šum napájecího zdroje. Udržujte je co nejdále od zdroje napájení.

10) Umístěte napájecí kabel. Aby se snížila signálová smyčka, lze šum snížit umístěním napájecího vedení na okraj signálového vedení, jak je znázorněno na obrázku 5.

Umístěte napájecí kabel vedle signálního vedení

11) Aby hluk zdroje nerušil desku plošných spojů a nahromaděný šum způsobený externím rušením zdroje, lze v rušivé cestě (kromě vyzařování) připojit k zemi bypass kondenzátor, takže hluk lze obejít na zem, aby se zabránilo rušení s jinými zařízeními a zařízeními.

Šum napájecího zdroje je přímo nebo nepřímo generován z napájecího zdroje a zasahuje do obvodu. Při potlačování jeho dopadu na obvod by se měla dodržovat obecná zásada. Na jedné straně by mělo být co nejvíce zabráněno rušení napájecího zdroje. Vliv obvodu by měl na druhou stranu také minimalizovat vliv vnějšího světa nebo obvodu na napájení, aby se nezhoršovala hlučnost zdroje.