In Hochfrequenz-Leiterplatte Board, eine wichtigere Art von Interferenz ist das Rauschen der Stromversorgung. Durch die systematische Analyse der Eigenschaften und Ursachen von Leistungsrauschen auf Hochfrequenz-Leiterplatten schlägt der Autor sehr effektive und einfache Lösungen in Kombination mit technischen Anwendungen vor.

Analysis of power supply noise

Netzteilrauschen bezieht sich auf das Rauschen, das durch das Netzteil selbst erzeugt oder durch Störungen induziert wird. Die Störung äußert sich in folgenden Aspekten:

1) Distributed noise caused by the inherent impedance of the power supply itself. In high-frequency circuits, power supply noise has a greater impact on high-frequency signals. Therefore, a low-noise power supply is first required. A clean ground is as important as a clean power source. The power characteristic is shown as in Fig. 1.

Leistungswellenform

Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, hat das Netzteil unter idealen Bedingungen keine Impedanz, daher gibt es kein Rauschen. Das eigentliche Netzteil hat jedoch eine gewisse Impedanz, und die Impedanz ist auf das gesamte Netzteil verteilt, daher wird das Netzteil auch mit Rauschen überlagert. Daher sollte die Impedanz der Stromversorgung so weit wie möglich reduziert werden, und es ist am besten, eine dedizierte Strom- und Masseschicht zu haben. Beim Hochfrequenz-Schaltungsdesign ist es generell besser, die Stromversorgung in Form einer Schicht als in Form eines Busses auszuführen, damit die Schleife immer dem Weg mit der geringsten Impedanz folgen kann. Darüber hinaus muss die Leistungsplatine auch eine Signalschleife für alle erzeugten und empfangenen Signale auf der Leiterplatte bereitstellen, damit die Signalschleife minimiert und dadurch das Rauschen reduziert werden kann.

2) Common mode field interference. Refers to the noise between the power supply and the ground. It is the interference caused by the common mode voltage caused by the loop formed by the interfered circuit and the common reference surface of a certain power supply. Its value depends on the relative electric field and magnetic field. The strength depends on the strength. As shown in Figure 2.

Common mode interference

On this channel, a drop in Ic will cause a common-mode voltage in the series current loop, which will affect the receiving part. If the magnetic field is dominant, the value of the common mode voltage generated in the series ground loop is:

Gleichtaktspannung

In Formel (1) ist ΔB die Änderung der magnetischen Flussdichte, Wb/m2; S ist die Fläche, m2.

If it is an electromagnetic field, when its electric field value is known, its induced voltage is

Induktive Spannung

Gleichung (2) gilt im Allgemeinen für L=150/F oder weniger, wobei F die Frequenz elektromagnetischer Wellen in MHz ist.

The author’s experience is: If this limit is exceeded, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified to:

Maximale induzierte Spannung

3) Differential mode field interference. Refers to the interference between the power supply and the input and output power lines. In the actual PCB design, the author found that its proportion in the power supply noise is very small, so it is not necessary to discuss it here.

4) Inter-Line-Interferenz. Bezieht sich auf Interferenzen zwischen Stromleitungen. Wenn die Gegenkapazität C und die Gegeninduktivität M1-2 zwischen zwei verschiedenen Parallelkreisen vorhanden sind, wenn im Störquellenkreis die Spannung VC und der Strom IC vorhanden sind, tritt der gestörte Kreis auf:

A. The voltage coupled through capacitive impedance is

Durch kapazitive Impedanz gekoppelte Spannung

In Formel (4) ist RV der Parallelwert des Widerstands am nahen Ende und des Widerstands am fernen Ende des gestörten Stromkreises.

B. Series resistance through inductive coupling

Serienwiderstand durch induktive Kopplung

Wenn in der Störquelle Gleichtaktrauschen vorhanden ist, nimmt die Leitung-zu-Leitung-Störung im Allgemeinen die Form von Gleichtakt und Gegentakt an.

5) Stromleitungskupplung. Es bezieht sich auf das Phänomen, dass das Netzkabel, nachdem das AC- oder DC-Netzkabel elektromagnetischen Störungen ausgesetzt wurde, die Störungen auf andere Geräte überträgt. Dies ist die indirekte Störung des Netzteilrauschens in der Hochfrequenzschaltung. Es ist zu beachten, dass das Rauschen des Netzteils nicht notwendigerweise von ihm selbst erzeugt wird, sondern auch das durch externe Störungen induzierte Rauschen sein kann und dieses Rauschen dann mit dem von ihm selbst erzeugten Rauschen (Strahlung oder Leitung) überlagert wird, um andere Schaltungen zu stören oder Geräte.

Gegenmaßnahmen zur Beseitigung von Störungen durch Netzteilrauschen

In Anbetracht der oben analysierten unterschiedlichen Erscheinungsformen und Ursachen von Netzteilrauschen können die Bedingungen, unter denen es auftritt, gezielt zerstört und die Störungen von Netzteilrauschen effektiv unterdrückt werden. Die Lösungen sind wie folgt: 1) Achten Sie auf die Durchgangslöcher auf der Platine. Das Durchgangsloch erfordert, dass eine Öffnung auf der Leistungsschicht geätzt wird, um Platz für den Durchgang des Durchgangslochs zu lassen. Wenn die Öffnung der Leistungsschicht zu groß ist, beeinflusst dies unweigerlich die Signalschleife, das Signal wird zum Bypass gezwungen, der Schleifenbereich wird größer und das Rauschen nimmt zu. Wenn gleichzeitig einige Signalleitungen in der Nähe der Öffnung konzentriert sind und diese Schleife teilen, verursacht die gemeinsame Impedanz Übersprechen. Siehe Abbildung 3.

Überbrücken Sie den gemeinsamen Pfad des Signalkreises

2) Für die Anschlussdrähte sind ausreichende Erdungsdrähte erforderlich. Jedes Signal muss eine eigene dedizierte Signalschleife haben, und die Schleifenfläche von Signal und Schleife ist so klein wie möglich, d.h. Signal und Schleife müssen parallel sein.

3) Platzieren Sie einen Netzteil-Entstörfilter. Es kann das Rauschen im Netzteil effektiv unterdrücken und die Entstörung und Sicherheit des Systems verbessern. Und es ist ein Zwei-Wege-Radiofrequenzfilter, der nicht nur die von der Stromleitung eingeführten Rauschstörungen herausfiltern kann (um Störungen durch andere Geräte zu vermeiden), sondern auch das selbst erzeugte Rauschen herausfiltert (um Störungen mit anderen Geräten zu vermeiden). ) und stören den Gleichtaktmodus im seriellen Modus. Beide haben eine hemmende Wirkung.

4) Power isolation transformer. Separate the power loop or the common mode ground loop of the signal cable, it can effectively isolate the common mode loop current generated in the high frequency.

5) Stromversorgungsregler. Die Wiederherstellung eines saubereren Netzteils kann den Geräuschpegel des Netzteils erheblich reduzieren.

6) Verkabelung. Die Ein- und Ausgangsleitungen des Netzteils sollten nicht am Rand der dielektrischen Platine verlegt werden, da sonst leicht Strahlung erzeugt und andere Schaltungen oder Geräte gestört werden können.

7) Die analoge und digitale Stromversorgung sollten getrennt werden. Hochfrequenzgeräte sind im Allgemeinen sehr empfindlich gegenüber digitalem Rauschen, daher sollten die beiden am Eingang der Stromversorgung getrennt und miteinander verbunden werden. Wenn das Signal sowohl analoge als auch digitale Teile umfassen muss, kann eine Schleife an der Signalspanne platziert werden, um den Schleifenbereich zu reduzieren. Wie in Abbildung 4 gezeigt.

Place a loop at the signal crossing to reduce the loop area

8) Vermeiden Sie Überlappungen von separaten Netzteilen zwischen verschiedenen Schichten. Versetzen Sie sie so weit wie möglich, da sonst das Netzteilrauschen leicht durch parasitäre Kapazitäten eingekoppelt wird.

9) Isolate sensitive components. Some components, such as phase-locked loops (PLL), are very sensitive to power supply noise. Keep them as far away from the power supply as possible.

10) Platzieren Sie das Netzkabel. Um die Signalschleife zu reduzieren, kann das Rauschen reduziert werden, indem die Stromleitung am Rand der Signalleitung platziert wird, wie in Abbildung 5 gezeigt.

Platzieren Sie das Netzkabel neben der Signalleitung

11) Um zu verhindern, dass das Netzteilrauschen die Platine stört und das Rauschen durch externe Störungen des Netzteils akkumuliert wird, kann im Störpfad (außer Strahlung) ein Bypass-Kondensator geerdet werden, so dass Das Rauschen kann auf den Boden umgeleitet werden, um eine Störung anderer Geräte und Geräte zu vermeiden.

Netzteilrauschen wird direkt oder indirekt vom Netzteil erzeugt und stört die Schaltung. Bei der Unterdrückung seiner Auswirkungen auf die Schaltung sollte ein allgemeines Prinzip befolgt werden. Einerseits soll das Netzteilrauschen so weit wie möglich verhindert werden. Der Einfluss der Schaltung soll andererseits auch den Einfluss der Außenwelt bzw. der Schaltung auf die Stromversorgung minimieren, um das Rauschen der Stromversorgung nicht zu verschlechtern.