In PCB ad alta frequenza scheda, un tipo più importante di interferenza è il rumore di alimentazione. Analizzando sistematicamente le caratteristiche e le cause del rumore di potenza sulle schede PCB ad alta frequenza, l’autore propone alcune soluzioni molto efficaci e semplici in combinazione con applicazioni ingegneristiche.

Analisi del rumore di alimentazione

Per rumore dell’alimentatore si intende il rumore generato dall’alimentatore stesso o indotto da disturbi. L’interferenza si manifesta nei seguenti aspetti:

1) Rumore distribuito causato dall’impedenza intrinseca dell’alimentatore stesso. Nei circuiti ad alta frequenza, il rumore di alimentazione ha un impatto maggiore sui segnali ad alta frequenza. Pertanto, è necessario prima un alimentatore a basso rumore. Un terreno pulito è importante quanto una fonte di energia pulita. La caratteristica di potenza è mostrata come in Fig. 1.

Forma d’onda di potenza

Come si può vedere dalla Figura 1, l’alimentatore in condizioni ideali non ha impedenza, quindi non c’è rumore. Tuttavia, l’alimentatore effettivo ha una certa impedenza e l’impedenza è distribuita sull’intero alimentatore, quindi anche il rumore verrà sovrapposto all’alimentatore. Pertanto, l’impedenza dell’alimentatore dovrebbe essere ridotta il più possibile ed è meglio avere uno strato di alimentazione e uno strato di terra dedicati. Nella progettazione di circuiti ad alta frequenza, è generalmente meglio progettare l’alimentatore sotto forma di strato piuttosto che sotto forma di bus, in modo che il circuito possa sempre seguire il percorso con la minima impedenza. Inoltre, la scheda di potenza deve anche fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB, in modo che il loop di segnale possa essere ridotto al minimo, riducendo così il rumore.

2) Interferenza di campo di modo comune. Si riferisce al rumore tra l’alimentatore e la terra. È l’interferenza causata dalla tensione di modo comune causata dall’anello formato dal circuito interferito e dalla superficie di riferimento comune di un determinato alimentatore. Il suo valore dipende dal campo elettrico relativo e dal campo magnetico. La forza dipende dalla forza. Come mostrato in Figura 2.

Interferenza di modo comune

Su questo canale, una caduta di Ic causerà una tensione di modo comune nell’anello di corrente in serie, che influenzerà la parte ricevente. Se il campo magnetico è dominante, il valore della tensione di modo comune generata nell’anello di massa in serie è:

Tensione di modo comune

Nella formula (1), ΔB è la variazione della densità del flusso magnetico, Wb/m2; S è l’area, m2.

Se si tratta di un campo elettromagnetico, quando è noto il suo valore di campo elettrico, la sua tensione indotta è

Tensione induttiva

L’equazione (2) si applica generalmente a L=150/F o meno, dove F è la frequenza delle onde elettromagnetiche in MHz.

L’esperienza dell’autore è: Se questo limite viene superato, il calcolo della massima tensione indotta può essere semplificato a:

Tensione massima indotta

3) Interferenza di campo in modalità differenziale. Si riferisce all’interferenza tra l’alimentatore e le linee di alimentazione di ingresso e uscita. Nella progettazione del PCB attuale, l’autore ha scoperto che la sua proporzione nel rumore dell’alimentatore è molto piccola, quindi non è necessario discuterne qui.

4) Interferenza tra le linee. Si riferisce all’interferenza tra le linee elettriche. Quando ci sono capacità reciproca C e mutua induttanza M1-2 tra due diversi circuiti paralleli, se ci sono tensione VC e corrente IC nel circuito sorgente di interferenza, apparirà il circuito interferito:

A. La tensione accoppiata tramite l’impedenza capacitiva è

Tensione accoppiata tramite impedenza capacitiva

Nella formula (4), RV è il valore parallelo della resistenza vicina e della resistenza lontana del circuito interferito.

B. Resistenza in serie tramite accoppiamento induttivo

Resistenza in serie tramite accoppiamento induttivo

Se c’è rumore di modo comune nella sorgente di interferenza, l’interferenza da linea a linea assume generalmente la forma di modo comune e modo differenziale.

5) Accoppiamento della linea di alimentazione. Si riferisce al fenomeno che dopo che il cavo di alimentazione CA o CC è soggetto a interferenze elettromagnetiche, il cavo di alimentazione trasmette l’interferenza ad altri dispositivi. Questa è l’interferenza indiretta del rumore di alimentazione al circuito ad alta frequenza. Da notare che il rumore dell’alimentatore non è necessariamente generato da se stesso, ma può anche essere il rumore indotto da interferenze esterne, quindi sovrapporre questo rumore al rumore generato da se stesso (radiazione o conduzione) per interferire con altri circuiti o dispositivi.

Contromisure per eliminare le interferenze dovute al rumore dell’alimentatore

In considerazione delle diverse manifestazioni e cause dell’interferenza di rumore di alimentazione analizzate sopra, le condizioni in cui si verifica possono essere distrutte in modo mirato e l’interferenza di rumore di alimentazione può essere efficacemente soppressa. Le soluzioni sono le seguenti: 1) Prestare attenzione ai fori passanti sulla scheda. Il foro passante richiede un’apertura sullo strato di potenza da incidere per lasciare spazio per il passaggio del foro passante. Se l’apertura dello strato di potenza è troppo grande, influenzerà inevitabilmente il loop del segnale, il segnale sarà forzato a bypassare, l’area del loop aumenterà e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all’apertura e condividono questo anello, l’impedenza comune causerà diafonia. Vedi figura 3.

Bypassare il percorso comune del circuito di segnale

2) Sono necessari fili di terra sufficienti per i fili di collegamento. Ogni segnale deve avere il proprio loop di segnale dedicato e l’area del loop del segnale e del loop è la più piccola possibile, vale a dire che il segnale e il loop devono essere paralleli.

3) Posizionare un filtro antidisturbo dell’alimentatore. Può sopprimere efficacemente il rumore all’interno dell’alimentatore e migliorare l’anti-interferenza e la sicurezza del sistema. Ed è un filtro a radiofrequenza bidirezionale, che non solo può filtrare l’interferenza di rumore introdotta dalla linea elettrica (per evitare interferenze da altre apparecchiature), ma anche filtrare il rumore generato da sé (per evitare interferenze con altre apparecchiature ), e interferiscono con il modo comune della modalità seriale. Entrambi hanno un effetto inibitorio.

4) Trasformatore di isolamento dell’alimentazione. Separare il circuito di alimentazione o il circuito di massa di modo comune del cavo di segnale, può isolare efficacemente la corrente di circuito di modo comune generata nell’alta frequenza.

5) Regolatore di alimentazione. Recuperare un alimentatore più pulito può ridurre notevolmente il livello di rumore dell’alimentatore.

6) Cablaggio. Le linee di ingresso e uscita dell’alimentatore non devono essere posate sul bordo del quadro dielettrico, altrimenti è facile generare radiazioni e interferire con altri circuiti o apparecchiature.

7) L’alimentazione analogica e digitale deve essere separata. I dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati e collegati insieme all’ingresso dell’alimentatore. Se il segnale deve estendersi su parti sia analogiche che digitali, è possibile posizionare un loop nell’intervallo del segnale per ridurre l’area del loop. Come mostrato in Figura 4.

Posizionare un loop all’incrocio del segnale per ridurre l’area del loop

8) Evitare la sovrapposizione di alimentatori separati tra diversi strati. Sfalsali il più possibile, altrimenti il ​​rumore dell’alimentatore viene facilmente accoppiato tramite capacità parassita.

9) Isolare i componenti sensibili. Alcuni componenti, come i loop ad aggancio di fase (PLL), sono molto sensibili al rumore di alimentazione. Tenerli il più lontano possibile dall’alimentazione.

10) Posizionare il cavo di alimentazione. Per ridurre l’anello di segnale, il rumore può essere ridotto posizionando la linea di alimentazione sul bordo della linea di segnale, come mostrato nella Figura 5.

Posizionare il cavo di alimentazione vicino alla linea del segnale

11) Per evitare che il rumore dell’alimentatore interferisca con la scheda e il rumore accumulato causato da interferenze esterne all’alimentatore, è possibile collegare un condensatore di bypass a terra nel percorso di interferenza (ad eccezione delle radiazioni), in modo che il rumore può essere bypassato a terra per evitare interferenze con altre apparecchiature e dispositivi.

Il rumore dell’alimentatore viene generato direttamente o indirettamente dall’alimentatore e interferisce con il circuito. Quando si sopprime il suo impatto sul circuito, è necessario seguire un principio generale. Da un lato, il rumore dell’alimentatore dovrebbe essere evitato il più possibile. L’influenza del circuito, d’altra parte, dovrebbe anche ridurre al minimo l’influenza del mondo esterno o del circuito sull’alimentatore, in modo da non peggiorare il rumore dell’alimentatore.