In PCB frekuensi tinggi papan, jenis gangguan yang lebih penting adalah kebisingan catu daya. Dengan menganalisis secara sistematis karakteristik dan penyebab kebisingan daya pada papan PCB frekuensi tinggi, penulis mengajukan beberapa solusi yang sangat efektif dan sederhana dalam kombinasi dengan aplikasi teknik.

Analisis kebisingan catu daya

Kebisingan catu daya mengacu pada kebisingan yang dihasilkan oleh catu daya itu sendiri atau yang disebabkan oleh gangguan. Interferensi dimanifestasikan dalam aspek-aspek berikut:

1) Kebisingan terdistribusi yang disebabkan oleh impedansi yang melekat dari catu daya itu sendiri. Di sirkuit frekuensi tinggi, kebisingan catu daya memiliki dampak yang lebih besar pada sinyal frekuensi tinggi. Oleh karena itu, pertama-tama diperlukan catu daya dengan kebisingan rendah. Tanah yang bersih sama pentingnya dengan sumber listrik yang bersih. Karakteristik daya ditunjukkan seperti pada Gambar. 1.

Bentuk gelombang daya

Seperti dapat dilihat dari Gambar 1, catu daya dalam kondisi ideal tidak memiliki impedansi, sehingga tidak ada noise. Namun, catu daya yang sebenarnya memiliki impedansi tertentu, dan impedansi didistribusikan di seluruh catu daya, oleh karena itu, kebisingan juga akan ditumpangkan pada catu daya. Oleh karena itu, impedansi catu daya harus dikurangi sebanyak mungkin, dan yang terbaik adalah memiliki lapisan daya dan lapisan tanah khusus. Dalam desain rangkaian frekuensi tinggi, umumnya lebih baik merancang catu daya dalam bentuk lapisan daripada dalam bentuk bus, sehingga loop selalu dapat mengikuti jalur dengan impedansi paling kecil. Selain itu, papan daya juga harus menyediakan loop sinyal untuk semua sinyal yang dihasilkan dan diterima pada PCB, sehingga loop sinyal dapat diminimalkan, sehingga mengurangi kebisingan.

2) Gangguan medan mode umum. Mengacu pada kebisingan antara catu daya dan tanah. Ini adalah gangguan yang disebabkan oleh tegangan mode umum yang disebabkan oleh loop yang dibentuk oleh sirkuit yang terganggu dan permukaan referensi umum dari catu daya tertentu. Nilainya tergantung pada medan listrik relatif dan medan magnet. Kekuatan tergantung pada kekuatan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

Gangguan mode umum

Pada saluran ini, penurunan Ic akan menyebabkan tegangan mode umum pada loop arus seri, yang akan mempengaruhi bagian penerima. Jika medan magnet dominan, maka nilai tegangan common mode yang dibangkitkan pada rangkaian ground loop adalah:

Tegangan mode umum

Pada rumus (1), B adalah perubahan kerapatan fluks magnet, Wb/m2; S adalah luas, m2.

Jika itu adalah medan elektromagnetik, ketika nilai medan listriknya diketahui, tegangan induksinya adalah

Tegangan induktif

Persamaan (2) umumnya berlaku untuk L=150/F atau kurang, di mana F adalah frekuensi gelombang elektromagnetik dalam MHz.

Pengalaman penulis adalah: Jika batas ini terlampaui, perhitungan tegangan induksi maksimum dapat disederhanakan menjadi:

Tegangan induksi maksimum

3) Gangguan medan mode diferensial. Mengacu pada interferensi antara catu daya dan saluran listrik input dan output. Dalam desain PCB yang sebenarnya, penulis menemukan bahwa proporsinya dalam kebisingan catu daya sangat kecil, sehingga tidak perlu membahasnya di sini.

4) Inter-line interferensi. Mengacu pada interferensi antara saluran listrik. Ketika ada saling kapasitansi C dan induktansi timbal balik M1-2 antara dua rangkaian paralel yang berbeda, jika ada tegangan VC dan arus IC pada rangkaian sumber interferensi, rangkaian yang terganggu akan muncul:

A. Tegangan yang digabungkan melalui impedansi kapasitif adalah

Tegangan digabungkan melalui impedansi kapasitif

Dalam rumus (4), RV adalah nilai paralel dari resistansi ujung-dekat dan resistansi ujung-jauh dari rangkaian yang terganggu.

B. Resistansi seri melalui kopling induktif

Resistansi seri melalui kopling induktif

Jika terdapat derau mode umum pada sumber interferensi, interferensi garis-ke-garis umumnya berbentuk mode umum dan mode diferensial.

5) Kopling saluran listrik. Ini mengacu pada fenomena bahwa setelah kabel daya AC atau DC mengalami interferensi elektromagnetik, kabel daya mentransmisikan interferensi tersebut ke perangkat lain. Ini adalah gangguan tidak langsung dari kebisingan catu daya ke sirkuit frekuensi tinggi. Perlu dicatat bahwa kebisingan catu daya tidak harus dihasilkan dengan sendirinya, tetapi mungkin juga kebisingan yang disebabkan oleh gangguan eksternal, dan kemudian menempatkan kebisingan ini dengan kebisingan yang dihasilkan oleh dirinya sendiri (radiasi atau konduksi) untuk mengganggu sirkuit lain. atau perangkat.

Penanggulangan untuk menghilangkan gangguan kebisingan catu daya

Mengingat berbagai manifestasi dan penyebab gangguan kebisingan catu daya yang dianalisis di atas, kondisi di mana gangguan itu terjadi dapat dimusnahkan dengan cara yang ditargetkan, dan gangguan kebisingan catu daya dapat ditekan secara efektif. Solusinya adalah sebagai berikut: 1) Perhatikan lubang tembus pada papan. Lubang tembus membutuhkan lubang pada lapisan daya yang akan diukir untuk meninggalkan ruang bagi lubang tembus untuk melewatinya. Jika pembukaan lapisan daya terlalu besar, itu pasti akan mempengaruhi loop sinyal, sinyal akan dipaksa untuk memotong, area loop akan meningkat, dan kebisingan akan meningkat. Pada saat yang sama, jika beberapa jalur sinyal terkonsentrasi di dekat bukaan dan berbagi loop ini, impedansi umum akan menyebabkan crosstalk. Lihat Gambar 3.

Lewati jalur umum dari sirkuit sinyal

2) Kabel ground yang cukup diperlukan untuk kabel koneksi. Setiap sinyal perlu memiliki loop sinyal khusus sendiri, dan area loop dari sinyal dan loop sekecil mungkin, artinya, sinyal dan loop harus paralel.

3) Tempatkan filter kebisingan catu daya. Secara efektif dapat menekan kebisingan di dalam catu daya dan meningkatkan anti-interferensi dan keamanan sistem. Dan itu adalah filter frekuensi radio dua arah, yang tidak hanya dapat menyaring gangguan kebisingan yang berasal dari saluran listrik (untuk mencegah gangguan dari peralatan lain), tetapi juga menyaring kebisingan yang dihasilkan dengan sendirinya (untuk menghindari gangguan dengan peralatan lain). ), dan mengganggu mode umum mode serial. Keduanya memiliki efek penghambatan.

4) Transformator isolasi daya. Pisahkan loop daya atau loop ground mode umum dari kabel sinyal, secara efektif dapat mengisolasi arus loop mode umum yang dihasilkan dalam frekuensi tinggi.

5) Pengatur catu daya. Mendapatkan kembali catu daya yang lebih bersih dapat sangat mengurangi tingkat kebisingan catu daya.

6) Pengkabelan. Jalur input dan output dari catu daya tidak boleh diletakkan di tepi papan dielektrik, jika tidak mudah menghasilkan radiasi dan mengganggu sirkuit atau peralatan lain.

7) Catu daya analog dan digital harus dipisahkan. Perangkat frekuensi tinggi umumnya sangat sensitif terhadap gangguan digital, sehingga keduanya harus dipisahkan dan dihubungkan bersama di pintu masuk catu daya. Jika sinyal perlu menjangkau bagian analog dan digital, loop dapat ditempatkan pada rentang sinyal untuk mengurangi area loop. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

Tempatkan loop di persimpangan sinyal untuk mengurangi area loop

8) Hindari tumpang tindih catu daya terpisah antara lapisan yang berbeda. Goyangkan mereka sebanyak mungkin, jika tidak, kebisingan catu daya mudah digabungkan melalui kapasitansi parasit.

9) Isolasi komponen sensitif. Beberapa komponen, seperti phase-locked loops (PLL), sangat sensitif terhadap derau catu daya. Jauhkan mereka sejauh mungkin dari catu daya.

10) Pasang kabel listrik. Untuk mengurangi loop sinyal, noise dapat dikurangi dengan menempatkan saluran listrik di tepi saluran sinyal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Tempatkan kabel daya di sebelah saluran sinyal

11) Untuk mencegah kebisingan catu daya mengganggu papan sirkuit dan akumulasi kebisingan yang disebabkan oleh gangguan eksternal ke catu daya, kapasitor bypass dapat dihubungkan ke ground di jalur interferensi (kecuali untuk radiasi), sehingga kebisingan dapat dilewati ke tanah untuk menghindari Gangguan dengan peralatan dan perangkat lain.

Kebisingan catu daya secara langsung atau tidak langsung dihasilkan dari catu daya dan mengganggu sirkuit. Saat menekan dampaknya pada sirkuit, prinsip umum harus diikuti. Di satu sisi, kebisingan catu daya harus dicegah sebanyak mungkin. Pengaruh sirkuit, di sisi lain, juga harus meminimalkan pengaruh dunia luar atau sirkuit pada catu daya, agar tidak memperburuk kebisingan catu daya.