In PCB haute fréquence carte, un type d’interférence plus important est le bruit de l’alimentation. En analysant systématiquement les caractéristiques et les causes du bruit de puissance sur les cartes PCB haute fréquence, l’auteur propose des solutions très efficaces et simples en combinaison avec des applications d’ingénierie.

Analyse du bruit d’alimentation

Le bruit de l’alimentation fait référence au bruit généré par l’alimentation elle-même ou induit par des perturbations. L’interférence se manifeste sous les aspects suivants :

1) Bruit distribué causé par l’impédance inhérente de l’alimentation elle-même. Dans les circuits haute fréquence, le bruit de l’alimentation a un impact plus important sur les signaux haute fréquence. Par conséquent, une alimentation électrique à faible bruit est d’abord requise. Un sol propre est aussi important qu’une source d’énergie propre. La caractéristique de puissance est indiquée comme sur la Fig. 1.

Forme d’onde de puissance

Comme on peut le voir sur la figure 1, l’alimentation dans des conditions idéales n’a pas d’impédance, il n’y a donc pas de bruit. Cependant, l’alimentation réelle a une certaine impédance et l’impédance est répartie sur l’ensemble de l’alimentation. Par conséquent, du bruit sera également superposé à l’alimentation. Par conséquent, l’impédance de l’alimentation doit être réduite autant que possible et il est préférable d’avoir une couche d’alimentation et une couche de masse dédiées. Dans la conception de circuits haute fréquence, il est généralement préférable de concevoir l’alimentation sous la forme d’une couche que sous la forme d’un bus, de sorte que la boucle puisse toujours suivre le chemin de moindre impédance. De plus, la carte d’alimentation doit également fournir une boucle de signal pour tous les signaux générés et reçus sur le PCB, de sorte que la boucle de signal puisse être minimisée, réduisant ainsi le bruit.

2) Interférence de champ en mode commun. Désigne le bruit entre l’alimentation et la terre. C’est l’interférence causée par la tension de mode commun causée par la boucle formée par le circuit interféré et la surface de référence commune d’une certaine alimentation. Sa valeur dépend du champ électrique et du champ magnétique relatifs. La force dépend de la force. Comme le montre la figure 2.

Interférence de mode commun

Sur cette voie, une baisse de Ic provoquera une tension de mode commun dans la boucle de courant série, ce qui affectera la partie réceptrice. Si le champ magnétique est dominant, la valeur de la tension de mode commun générée dans la boucle de masse série est :

Tension de mode commun

Dans la formule (1), ΔB est le changement de densité de flux magnétique, Wb/m2 ; S est la superficie, m2.

S’il s’agit d’un champ électromagnétique, lorsque sa valeur de champ électrique est connue, sa tension induite est

Tension inductive

L’équation (2) s’applique généralement à L=150/F ou moins, où F est la fréquence des ondes électromagnétiques en MHz.

L’expérience de l’auteur est la suivante : Si cette limite est dépassée, le calcul de la tension induite maximale peut être simplifié à :

Tension induite maximale

3) Interférence de champ en mode différentiel. Fait référence aux interférences entre l’alimentation et les lignes électriques d’entrée et de sortie. Dans la conception actuelle du PCB, l’auteur a constaté que sa proportion dans le bruit de l’alimentation est très faible, il n’est donc pas nécessaire d’en discuter ici.

4) Interférence entre les lignes. Fait référence aux interférences entre les lignes électriques. Lorsqu’il y a une capacité mutuelle C et une inductance mutuelle M1-2 entre deux circuits parallèles différents, s’il y a une tension VC et un courant IC dans le circuit source d’interférence, le circuit interféré apparaîtra :

A. La tension couplée par impédance capacitive est

Tension couplée par impédance capacitive

Dans la formule (4), RV est la valeur parallèle de la résistance proche et de la résistance éloignée du circuit brouillé.

B. Résistance série par couplage inductif

Résistance série par couplage inductif

S’il y a un bruit de mode commun dans la source d’interférence, l’interférence ligne à ligne prend généralement la forme d’un mode commun et d’un mode différentiel.

5) Couplage de ligne électrique. Il fait référence au phénomène selon lequel une fois que le cordon d’alimentation CA ou CC est soumis à des interférences électromagnétiques, le cordon d’alimentation transmet les interférences à d’autres appareils. Il s’agit de l’interférence indirecte du bruit de l’alimentation sur le circuit haute fréquence. Il est à noter que le bruit de l’alimentation n’est pas forcément généré par lui-même, mais peut aussi être le bruit induit par des interférences externes, et superposer alors ce bruit avec le bruit généré par lui-même (rayonnement ou conduction) pour interférer avec d’autres circuits ou appareils.

Contre-mesures pour éliminer les interférences de bruit d’alimentation

Au vu des différentes manifestations et causes des interférences de bruit d’alimentation analysées ci-dessus, les conditions dans lesquelles elles se produisent peuvent être détruites de manière ciblée, et l’interférence de bruit d’alimentation peut être efficacement supprimée. Les solutions sont les suivantes : 1) Faites attention aux trous traversants sur la carte. Le trou traversant nécessite une ouverture sur la couche d’alimentation à graver pour laisser de l’espace pour le passage du trou traversant. Si l’ouverture de la couche d’alimentation est trop grande, cela affectera inévitablement la boucle de signal, le signal sera forcé de contourner, la zone de boucle augmentera et le bruit augmentera. En même temps, si certaines lignes de signaux sont concentrées près de l’ouverture et partagent cette boucle, l’impédance commune provoquera une diaphonie. Voir la figure 3.

Contourner le chemin commun du circuit de signal

2) Des fils de terre suffisants sont nécessaires pour les fils de connexion. Chaque signal doit avoir sa propre boucle de signal dédiée, et la zone de boucle du signal et de la boucle est aussi petite que possible, c’est-à-dire que le signal et la boucle doivent être parallèles.

3) Placer un filtre antiparasite d’alimentation. Il peut supprimer efficacement le bruit à l’intérieur de l’alimentation et améliorer l’anti-interférence et la sécurité du système. Et c’est un filtre radiofréquence bidirectionnel, qui peut non seulement filtrer les interférences de bruit introduites par la ligne électrique (pour éviter les interférences d’autres équipements), mais également filtrer le bruit généré par lui-même (pour éviter les interférences avec d’autres équipements ), et interfèrent avec le mode commun du mode série. Les deux ont un effet inhibiteur.

4) Transformateur d’isolement de puissance. Séparez la boucle d’alimentation ou la boucle de masse en mode commun du câble de signal, il peut efficacement isoler le courant de boucle en mode commun généré dans la haute fréquence.

5) Régulateur d’alimentation. Retrouver une alimentation plus propre peut réduire considérablement le niveau de bruit de l’alimentation.

6) Câblage. Les lignes d’entrée et de sortie de l’alimentation ne doivent pas être posées sur le bord du panneau diélectrique, sinon il est facile de générer des rayonnements et d’interférer avec d’autres circuits ou équipements.

7) L’alimentation analogique et numérique doit être séparée. Les appareils à haute fréquence sont généralement très sensibles au bruit numérique, les deux doivent donc être séparés et connectés ensemble à l’entrée de l’alimentation. Si le signal doit couvrir à la fois les parties analogiques et numériques, une boucle peut être placée sur la portée du signal pour réduire la zone de boucle. Comme le montre la figure 4.

Placez une boucle au croisement du signal pour réduire la zone de boucle

8) Évitez le chevauchement d’alimentations séparées entre différentes couches. Décalez-les autant que possible, sinon le bruit de l’alimentation est facilement couplé grâce à une capacité parasite.

9) Isoler les composants sensibles. Certains composants, comme les boucles à verrouillage de phase (PLL), sont très sensibles au bruit de l’alimentation. Gardez-les aussi loin que possible de l’alimentation électrique.

10) Placez le cordon d’alimentation. Afin de réduire la boucle de signal, le bruit peut être réduit en plaçant la ligne électrique sur le bord de la ligne de signal, comme le montre la figure 5.

Placez le cordon d’alimentation à côté de la ligne de signal

11) Afin d’éviter que le bruit de l’alimentation n’interfère avec la carte de circuit imprimé et le bruit accumulé causé par des interférences externes à l’alimentation, un condensateur de dérivation peut être connecté à la terre dans le chemin d’interférence (sauf pour le rayonnement), de sorte que le bruit peut être contourné au sol pour éviter d’interférer avec d’autres équipements et appareils.

Le bruit de l’alimentation est généré directement ou indirectement par l’alimentation et interfère avec le circuit. Lors de la suppression de son impact sur le circuit, un principe général doit être suivi. D’une part, le bruit de l’alimentation doit être évité autant que possible. L’influence du circuit, d’autre part, doit également minimiser l’influence du monde extérieur ou du circuit sur l’alimentation, afin de ne pas aggraver le bruit de l’alimentation.