In PCB فرکانس بالا برد، یک نوع تداخل مهمتر سر و صدای منبع تغذیه است. نویسنده با تجزیه و تحلیل سیستماتیک ویژگی ها و علل نویز برق در بردهای PCB فرکانس بالا، راه حل های بسیار مؤثر و ساده ای را در ترکیب با کاربردهای مهندسی ارائه می دهد.

تجزیه و تحلیل نویز منبع تغذیه

نویز منبع تغذیه به صدای تولید شده توسط خود منبع تغذیه یا ایجاد اختلال اشاره دارد. تداخل در جنبه های زیر آشکار می شود:

1) نویز توزیع شده ناشی از امپدانس ذاتی خود منبع تغذیه. در مدارهای فرکانس بالا، نویز منبع تغذیه تاثیر بیشتری بر سیگنال های فرکانس بالا دارد. بنابراین، ابتدا یک منبع تغذیه کم صدا مورد نیاز است. زمین تمیز به اندازه یک منبع برق تمیز مهم است. مشخصه توان مانند شکل 1 نشان داده شده است.

شکل موج قدرت

همانطور که از شکل 1 مشاهده می شود، منبع تغذیه در شرایط ایده آل هیچ امپدانسی ندارد، بنابراین هیچ نویز وجود ندارد. با این حال، منبع تغذیه واقعی دارای یک امپدانس مشخص است و امپدانس در کل منبع تغذیه توزیع می شود، بنابراین، نویز نیز روی منبع تغذیه قرار می گیرد. بنابراین، امپدانس منبع تغذیه باید تا حد امکان کاهش یابد و بهتر است یک لایه برق و لایه زمین اختصاصی داشته باشید. در طراحی مدار فرکانس بالا عموماً بهتر است منبع تغذیه به صورت لایه ای طراحی شود تا باس تا همیشه حلقه بتواند مسیر را با کمترین امپدانس طی کند. بعلاوه، برد پاور باید یک حلقه سیگنال برای تمام سیگنال های تولید شده و دریافتی روی PCB فراهم کند تا حلقه سیگنال به حداقل برسد و در نتیجه نویز کاهش یابد.

2) تداخل میدان حالت مشترک. به نویز بین منبع تغذیه و زمین اشاره دارد. این تداخل ناشی از ولتاژ حالت مشترک ناشی از حلقه تشکیل شده توسط مدار تداخلی و سطح مرجع مشترک یک منبع تغذیه خاص است. مقدار آن به میدان الکتریکی نسبی و میدان مغناطیسی بستگی دارد. قدرت بستگی به قدرت دارد. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

تداخل حالت رایج

در این کانال، افت Ic باعث ایجاد ولتاژ حالت مشترک در حلقه جریان سری می شود که بر قسمت گیرنده تأثیر می گذارد. اگر میدان مغناطیسی غالب باشد، مقدار ولتاژ حالت مشترک تولید شده در حلقه زمین سری برابر است با:

ولتاژ حالت مشترک

در فرمول (1)، ΔB تغییر در چگالی شار مغناطیسی، Wb/m2 است. S مساحت، m2 است.

اگر میدان الکترومغناطیسی باشد، وقتی مقدار میدان الکتریکی آن مشخص باشد، ولتاژ القایی آن است

ولتاژ القایی

معادله (2) به طور کلی برای L=150/F یا کمتر، که در آن F فرکانس امواج الکترومغناطیسی در مگاهرتز است، اعمال می شود.

تجربه نویسنده این است: اگر از این حد تجاوز شود، محاسبه حداکثر ولتاژ القایی را می توان به صورت زیر ساده کرد:

حداکثر ولتاژ القایی

3) تداخل میدان حالت دیفرانسیل. به تداخل بین منبع تغذیه و خطوط برق ورودی و خروجی اشاره دارد. در طراحی واقعی PCB، نویسنده متوجه شد که نسبت آن در نویز منبع تغذیه بسیار کم است، بنابراین لازم نیست در اینجا به آن پرداخته شود.

4) تداخل بین خطوط. به تداخل بین خطوط برق اشاره دارد. هنگامی که بین دو مدار موازی مختلف خازن C و اندوکتانس متقابل M1-2 وجود دارد، اگر ولتاژ VC و جریان IC در مدار منبع تداخل وجود داشته باشد، مدار تداخلی ظاهر می شود:

الف. ولتاژ جفت شده از طریق امپدانس خازنی است

ولتاژ جفت شده از طریق امپدانس خازنی

در فرمول (4)، RV مقدار موازی مقاومت انتهای نزدیک و مقاومت انتهای دور مدار تداخلی است.

ب- مقاومت سری از طریق کوپلینگ القایی

مقاومت سری از طریق کوپلینگ القایی

اگر نویز حالت مشترک در منبع تداخل وجود داشته باشد، تداخل خط به خط به طور کلی به شکل حالت مشترک و حالت دیفرانسیل است.

5) کوپلینگ خط برق. به این پدیده اشاره دارد که پس از اینکه سیم برق AC یا DC تحت تداخل الکترومغناطیسی قرار گرفت، سیم برق تداخل را به دستگاه های دیگر منتقل می کند. این تداخل غیرمستقیم نویز منبع تغذیه به مدار فرکانس بالا است. لازم به ذکر است که نویز منبع تغذیه لزوماً به خودی خود ایجاد نمی شود، بلکه ممکن است نویز ناشی از تداخل خارجی نیز باشد و سپس این نویز را با نویز تولید شده توسط خود (تابش یا هدایت) قرار دهید تا با مدارهای دیگر تداخل ایجاد کند. یا دستگاه ها

اقدامات متقابل برای از بین بردن تداخل صدای منبع تغذیه

با توجه به تظاهرات و علل مختلف تداخل صدای منبع تغذیه که در بالا مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، شرایطی که در آن رخ می دهد را می توان به صورت هدفمند از بین برد و تداخل صدای منبع تغذیه را می توان به طور موثر سرکوب کرد. راه حل ها به شرح زیر است: 1) به سوراخ های عبوری روی تخته توجه کنید. سوراخ عبوری نیاز به حکاکی روی لایه قدرت دارد تا فضایی برای عبور سوراخ عبوری باقی بماند. اگر دهانه لایه قدرت بیش از حد بزرگ باشد، به ناچار روی حلقه سیگنال تأثیر می گذارد، سیگنال مجبور به دور زدن می شود، منطقه حلقه افزایش می یابد و نویز افزایش می یابد. در عین حال، اگر برخی از خطوط سیگنال در نزدیکی دهانه متمرکز شوند و این حلقه را به اشتراک بگذارند، امپدانس مشترک باعث تداخل می شود. شکل 3 را ببینید.

مسیر مشترک مدار سیگنال را دور بزنید

2) سیم های زمین کافی برای سیم های اتصال مورد نیاز است. هر سیگنال باید حلقه سیگنال اختصاصی خود را داشته باشد و ناحیه حلقه سیگنال و حلقه تا حد امکان کوچک باشد، یعنی سیگنال و حلقه باید موازی باشند.

3) فیلتر نویز منبع تغذیه را قرار دهید. این می تواند به طور موثر سر و صدای داخل منبع تغذیه را سرکوب کند و ضد تداخل و ایمنی سیستم را بهبود بخشد. و این یک فیلتر فرکانس رادیویی دو طرفه است که نه تنها می تواند تداخل نویز وارد شده از خط برق (برای جلوگیری از تداخل سایر تجهیزات) را فیلتر کند، بلکه نویز تولید شده توسط خود را نیز فیلتر می کند (برای جلوگیری از تداخل با تجهیزات دیگر). ) و در حالت متداول حالت سریال تداخل ایجاد کند. هر دو اثر مهاری دارند.

4) ترانسفورماتور عایق برق. حلقه برق یا حلقه زمین حالت مشترک کابل سیگنال را جدا کنید، می تواند به طور موثر جریان حلقه حالت مشترک تولید شده در فرکانس بالا را جدا کند.

5) تنظیم کننده منبع تغذیه. بازیابی منبع تغذیه تمیزتر می تواند سطح نویز منبع تغذیه را تا حد زیادی کاهش دهد.

6) سیم کشی خطوط ورودی و خروجی منبع تغذیه نباید روی لبه برد دی الکتریک قرار گیرد، در غیر این صورت تولید تشعشع و تداخل با سایر مدارها یا تجهیزات آسان است.

7) منبع تغذیه آنالوگ و دیجیتال باید از هم جدا شوند. دستگاه های فرکانس بالا عموماً به نویز دیجیتال بسیار حساس هستند، بنابراین این دو باید از هم جدا شده و در ورودی منبع تغذیه به هم متصل شوند. اگر سیگنال نیاز به گستره هر دو بخش آنالوگ و دیجیتال داشته باشد، می توان یک حلقه در دهانه سیگنال قرار داد تا ناحیه حلقه را کاهش دهد. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

یک حلقه در محل عبور سیگنال قرار دهید تا ناحیه حلقه کاهش یابد

8) از همپوشانی منابع تغذیه جداگانه بین لایه های مختلف خودداری کنید. تا حد امکان آنها را تکان دهید، در غیر این صورت صدای منبع تغذیه به راحتی از طریق ظرفیت انگلی جفت می شود.

9) اجزای حساس را جدا کنید. برخی از قطعات، مانند حلقه های قفل فاز (PLL)، به نویز منبع تغذیه بسیار حساس هستند. آنها را تا حد امکان از منبع تغذیه دور نگه دارید.

10) سیم برق را قرار دهید. به منظور کاهش حلقه سیگنال، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، می توان با قرار دادن خط برق در لبه خط سیگنال، نویز را کاهش داد.

سیم برق را در کنار خط سیگنال قرار دهید

11) به منظور جلوگیری از تداخل صدای منبع تغذیه با برد مدار و صدای انباشته شده ناشی از تداخل خارجی در منبع تغذیه، می توان یک خازن بای پس در مسیر تداخل (به جز تشعشع) به زمین متصل کرد تا برای جلوگیری از تداخل با سایر تجهیزات و دستگاه ها، می توان نویز را به زمین دور زد.

صدای منبع تغذیه به طور مستقیم یا غیرمستقیم از منبع تغذیه تولید می شود و در مدار اختلال ایجاد می کند. هنگام سرکوب تاثیر آن بر مدار، یک اصل کلی باید رعایت شود. از یک طرف باید تا حد امکان از صدای منبع تغذیه جلوگیری کرد. از طرف دیگر، تأثیر مدار باید تأثیر دنیای بیرون یا مدار را بر منبع تغذیه نیز به حداقل برساند تا صدای منبع تغذیه بدتر نشود.