In korkeataajuinen piirilevy Tärkeämpi häiriötyyppi on virtalähteen kohina. Analysoimalla systemaattisesti korkeataajuisten piirilevyjen tehomelun ominaisuuksia ja syitä, kirjoittaja esittää erittäin tehokkaita ja yksinkertaisia ​​ratkaisuja yhdessä teknisten sovellusten kanssa.

Analysis of power supply noise

Virtalähteen melu tarkoittaa itse virtalähteen tai häiriön aiheuttamaa melua. Häiriö ilmenee seuraavissa asioissa:

1) Hajautettu kohina, joka aiheutuu itse virtalähteen impedanssista. Korkeataajuisissa piireissä teholähteen kohinalla on suurempi vaikutus suurtaajuisiin signaaleihin. Siksi ensin tarvitaan hiljainen virtalähde. Puhdas maadoitus on yhtä tärkeä kuin puhdas virtalähde. Tehokäyrä näkyy kuten kuvassa 1.

Tehon aaltomuoto

Kuten kuvasta 1 nähdään, teholähteellä ihanneolosuhteissa ei ole impedanssia, joten kohinaa ei ole. Varsinaisella teholähteellä on kuitenkin tietty impedanssi ja impedanssi jakautuu koko teholähteelle, joten kohinaa tulee myös teholähteen päälle. Siksi virtalähteen impedanssia tulisi vähentää mahdollisimman paljon, ja on parasta, että sinulla on oma tehokerros ja maakerros. Korkeataajuisessa piirisuunnittelussa teholähde on yleensä parempi suunnitella kerrokseksi kuin väyläksi, jotta silmukka voi aina seurata polkua pienimmällä impedanssilla. Lisäksi tehokortin on myös tarjottava signaalisilmukka kaikille piirilevyllä generoiduille ja vastaanotetuille signaaleille, jotta signaalisilmukka voidaan minimoida ja siten vähentää kohinaa.

2) Yhteistilan kenttähäiriöt. Viittaa virtalähteen ja maan väliseen meluun. Se on yhteismuotoisen jännitteen aiheuttama häiriö, jonka aiheuttaa häiriöpiirin muodostama silmukka ja tietyn teholähteen yhteinen vertailupinta. Sen arvo riippuu suhteellisesta sähkökentästä ja magneettikentästä. Vahvuus riippuu vahvuudesta. Kuten kuvassa 2 näkyy.

Common mode interference

Tällä kanavalla Ic:n lasku aiheuttaa sarjavirtasilmukassa yhteismuotoisen jännitteen, joka vaikuttaa vastaanottoosaan. Jos magneettikenttä on hallitseva, sarjamaasilmukassa generoidun yhteismuotoisen jännitteen arvo on:

Yhteistilan jännite

Kaavassa (1) ΔB on magneettivuon tiheyden muutos, Wb/m2; S on pinta-ala, m2.

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

Induktiivinen jännite

Yhtälö (2) pätee yleensä L = 150/F tai vähemmän, missä F on sähkömagneettisten aaltojen taajuus MHz.

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

Suurin indusoitu jännite

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) Linjojen välinen häiriö. Viittaa sähkölinjojen välisiin häiriöihin. Kun kahden eri rinnakkaisen piirin välillä on keskinäinen kapasitanssi C ja keskinäinen induktanssi M1-2, jos häiriölähdepiirissä on jännite VC ja virta IC, häiriöpiiri tulee näkyviin:

A. Kapasitiivisen impedanssin kautta kytketty jännite on

Kapasitiivisen impedanssin kautta kytketty jännite

Kaavassa (4) RV on häiriöpiirin lähipään resistanssin ja etäpään resistanssin rinnakkaisarvo.

B. Sarjavastus induktiivisen kytkennän kautta

Sarjavastus induktiivisen kytkimen kautta

Jos häiriölähteessä on yhteismuotoista kohinaa, linja-linjahäiriö esiintyy yleensä yhteismoodi- ja differentiaalimoodina.

5) Sähköjohdon kytkentä. Se viittaa ilmiöön, että sen jälkeen, kun AC- tai DC-virtajohto on altistunut sähkömagneettisille häiriöille, virtajohto siirtää häiriön muihin laitteisiin. Tämä on tehonsyötön kohinan epäsuora häiriö suurtaajuuspiiriin. On huomattava, että virtalähteen kohina ei välttämättä synny itsestään, vaan se voi olla myös ulkoisen häiriön aiheuttamaa kohinaa, ja sitten tämä kohina on päällekkäin itsensä tuottaman kohinan kanssa (säteily tai johtuminen) häiritsemään muita piirejä. tai laitteita.

Vastatoimenpiteet virtalähteen meluhäiriöiden poistamiseksi

Ottaen huomioon edellä analysoidut teholähteen kohinan häiriön erilaiset ilmenemismuodot ja syyt voidaan olosuhteita, joissa se esiintyy, tuhota kohdistetusti ja teholähteen melun häiriöitä voidaan tehokkaasti vaimentaa. Ratkaisut ovat seuraavat: 1) Kiinnitä huomiota levyn läpimeneviin reikiin. Läpivienti vaatii aukon tehokerroksen etsauksen jättämiseksi tilaa läpimenevälle reiällä. Jos tehokerroksen aukko on liian suuri, se vaikuttaa väistämättä signaalisilmukkaan, signaali pakotetaan ohittamaan, silmukan pinta-ala kasvaa ja kohina lisääntyy. Samanaikaisesti, jos jotkut signaalilinjat keskittyvät aukon lähelle ja jakavat tämän silmukan, yhteinen impedanssi aiheuttaa ylikuulumisen. Katso kuva 3.

Ohita signaalipiirin yhteinen polku

2) Liitäntäkaapeleita varten tarvitaan riittävästi maadoitusjohtoja. Jokaisella signaalilla on oltava oma erillinen signaalisilmukka, ja signaalin ja silmukan silmukka-alue on mahdollisimman pieni, eli signaalin ja silmukan on oltava rinnakkaiset.

3) Aseta virtalähteen melusuodatin. Se voi tehokkaasti vaimentaa virtalähteen sisällä olevaa melua ja parantaa järjestelmän häiriöntorjuntaa ja turvallisuutta. Ja se on kaksisuuntainen radiotaajuussuodatin, joka ei vain suodata pois sähköjohdosta tulevaa meluhäiriötä (estääkseen häiriöitä muista laitteista), vaan myös suodattaa itsensä tuottaman kohinan (muiden laitteiden häiriöiden välttämiseksi). ) ja häiritsee sarjatilan yleistä tilaa. Molemmilla on estävä vaikutus.

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) Virtalähteen säädin. Puhtaamman virtalähteen palauttaminen voi vähentää huomattavasti virtalähteen melutasoa.

6) Johdotus. Virtalähteen tulo- ja lähtölinjoja ei saa sijoittaa dielektrisen levyn reunaan, muuten on helppo synnyttää säteilyä ja häiritä muita piirejä tai laitteita.

7) Analoginen ja digitaalinen virtalähde on erotettava toisistaan. Korkeataajuiset laitteet ovat yleensä erittäin herkkiä digitaaliselle melulle, joten ne tulee erottaa ja kytkeä yhteen virtalähteen sisäänkäynnissä. Jos signaalin on katettava sekä analogiset että digitaaliset osat, signaalivälille voidaan sijoittaa silmukka silmukan alueen pienentämiseksi. Kuten kuvasta 4 näkyy.

Aseta silmukka signaalin risteykseen pienentääksesi silmukan pinta-alaa

8) Vältä erillisten virtalähteiden päällekkäisyyttä eri kerrosten välillä. Porrastele niitä niin paljon kuin mahdollista, muuten virtalähteen kohina kytkeytyy helposti loiskapasitanssin kautta.

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) Aseta virtajohto paikalleen. Signaalisilmukan vähentämiseksi kohinaa voidaan vähentää asettamalla voimajohto signaalilinjan reunalle kuvan 5 mukaisesti.

Aseta virtajohto signaalijohdon viereen

11) Jotta virtalähteen melu ei häiritse piirilevyä ja ulkoisten häiriötekijöiden aiheuttamaa kumulatiivista kohinaa teholähteeseen, voidaan häiriötiellä (paitsi säteilyä) kytkeä ohituskondensaattori maahan niin, että melu voidaan ohittaa maahan muiden laitteiden ja laitteiden häiritsemisen välttämiseksi.

Virtalähteen kohina syntyy suoraan tai epäsuorasti virtalähteestä ja häiritsee piiriä. Vaimentettaessa sen vaikutusta piiriin tulee noudattaa yleistä periaatetta. Toisaalta virtalähteen melu tulee estää mahdollisimman paljon. Piirin vaikutuksen tulee toisaalta myös minimoida ulkomaailman tai piirin vaikutus virtalähteeseen, jotta virtalähteen kohina ei huonone.