In PCB בתדר גבוה לוח, סוג חשוב יותר של הפרעות הוא רעש אספקת החשמל. על ידי ניתוח שיטתי של המאפיינים והגורמים לרעש מתח על לוחות PCB בתדר גבוה, המחבר מציג כמה פתרונות יעילים ופשוטים מאוד בשילוב עם יישומים הנדסיים.

ניתוח רעשי אספקת החשמל

רעש אספקת החשמל מתייחס לרעש שנוצר על ידי ספק הכוח עצמו או המושרה על ידי הפרעה. ההפרעה באה לידי ביטוי בהיבטים הבאים:

1) רעש מבוזר הנגרם מהעכבה המובנית של ספק הכוח עצמו. במעגלים בתדר גבוה, לרעש אספקת החשמל יש השפעה גדולה יותר על אותות בתדר גבוה. לכן, תחילה נדרש ספק כוח בעל רעש נמוך. קרקע נקייה חשובה לא פחות ממקור חשמל נקי. מאפיין ההספק מוצג כמו באיור 1.

צורת גל כוח

כפי שניתן לראות מאיור 1, לספק הכוח בתנאים אידיאליים אין עכבה, כך שאין רעש. עם זאת, לספק הכוח בפועל יש עכבה מסוימת, והעכבה מופצת על כל ספק הכוח, לכן, רעש יוצב גם על ספק הכוח. לכן, יש להפחית ככל האפשר את העכבה של ספק הכוח, ועדיף שתהיה שכבת חשמל ייעודית ושכבת הארקה. בתכנון מעגלים בתדר גבוה, בדרך כלל עדיף לתכנן את ספק הכוח בצורה של שכבה מאשר בצורה של אוטובוס, כך שהלולאה תוכל תמיד לעקוב אחר הנתיב עם הכי פחות עכבה. בנוסף, לוח החשמל חייב לספק גם לולאת אות עבור כל האותות שנוצרו והמתקבלים על ה-PCB, כך שניתן יהיה למזער את לולאת האות, ובכך להפחית את הרעש.

2) הפרעות שדה במצב נפוץ. מתייחס לרעש בין ספק הכוח לאדמה. זוהי ההפרעה הנגרמת על ידי מתח המצב המשותף הנגרם על ידי הלולאה שנוצרה על ידי המעגל המופרע ומשטח הייחוס המשותף של ספק כוח מסוים. ערכו תלוי בשדה החשמלי היחסי ובשדה המגנטי. החוזק תלוי בחוזק. כפי שמוצג באיור 2.

הפרעות במצב נפוץ

בערוץ זה, ירידה ב-Ic תגרום למתח משותף בלולאת הזרם הסדרתית, מה שישפיע על החלק המקבל. אם השדה המגנטי דומיננטי, הערך של מתח המצב המשותף שנוצר בלולאת ההארקה בסדרה הוא:

מתח מצב נפוץ

בנוסחה (1), ΔB הוא השינוי בצפיפות השטף המגנטי, Wb/m2; S הוא השטח, מ”ר.

אם זה שדה אלקטרומגנטי, כאשר ערך השדה החשמלי שלו ידוע, המתח המושרה שלו הוא

מתח אינדוקטיבי

משוואה (2) חלה בדרך כלל על L=150/F או פחות, כאשר F הוא התדר של גלים אלקטרומגנטיים ב-MHz.

הניסיון של המחבר הוא: אם חריגה ממגבלה זו, ניתן לפשט את חישוב המתח המושרה המקסימלי ל:

מתח מושרה מקסימלי

3) הפרעות שדה במצב דיפרנציאלי. הכוונה להפרעה בין ספק הכוח לקווי החשמל של הקלט והיציאה. בתכנון ה-PCB בפועל, המחבר מצא שהפרופורציה שלו ברעש אספקת החשמל היא קטנה מאוד, ולכן אין צורך לדון בזה כאן.

4) הפרעות בין קווים. מתייחס להפרעות בין קווי מתח. כאשר יש קיבול הדדי C והשראות הדדית M1-2 בין שני מעגלים מקבילים שונים, אם יש מתח VC וזרם IC במעגל מקור ההפרעה, המעגל המופרע יופיע:

א. המתח המצורף דרך עכבה קיבולית הוא

מתח מחובר דרך עכבה קיבולית

בנוסחה (4), RV הוא הערך המקביל של ההתנגדות הקרובה והתנגדות הקצה הרחוק של המעגל המופרע.

ב. התנגדות סדרתית באמצעות צימוד אינדוקטיבי

התנגדות סדרתית באמצעות צימוד אינדוקטיבי

אם יש רעש מצב משותף במקור ההפרעה, הפרעות קו לקו לובשת בדרך כלל צורה של מצב משותף ומצב דיפרנציאלי.

5) צימוד קו מתח. זה מתייחס לתופעה שלאחר שכבל החשמל AC או DC נתון להפרעות אלקטרומגנטיות, כבל החשמל מעביר את ההפרעות להתקנים אחרים. זוהי הפרעה עקיפה של רעשי אספקת החשמל למעגל בתדר גבוה. יש לציין שהרעש של ספק הכוח לא בהכרח נוצר מעצמו, אלא עשוי להיות גם הרעש המושרה מהפרעות חיצוניות, ולאחר מכן להכפיל את הרעש הזה עם הרעש שנוצר מעצמו (קרינה או הולכה) כדי להפריע למעגלים אחרים או מכשירים.

אמצעי נגד לביטול הפרעות רעש של אספקת החשמל

לאור הביטויים והגורמים השונים להפרעות רעשי אספקת החשמל שניתחו לעיל, ניתן להרוס את התנאים שבהם היא מתרחשת בצורה ממוקדת, וניתן לדכא את ההפרעה של רעשי אספקת החשמל ביעילות. הפתרונות הם כדלקמן: 1) שימו לב לחורים העוברים על הלוח. החור העובר מצריך חריטה של ​​פתח בשכבת הכוח כדי להשאיר מקום לחור העובר לעבור דרכו. אם הפתח של שכבת הכוח גדול מדי, זה ישפיע בהכרח על לולאת האות, האות ייאלץ לעקוף, שטח הלולאה יגדל והרעש יגדל. יחד עם זאת, אם כמה קווי אות מרוכזים ליד הפתח וחולקים את הלולאה הזו, העכבה המשותפת תגרום להצלבה. ראה איור 3.

עוקף את הנתיב המשותף של מעגל האות

2) נדרשים מספיק חוטי הארקה עבור חוטי החיבור. לכל אות צריך להיות לולאת אות ייעודית משלו, ושטח הלולאה של האות והלולאה קטן ככל האפשר, כלומר, האות והלולאה חייבים להיות מקבילים.

3) הצב מסנן רעשים של ספק כוח. זה יכול לדכא ביעילות את הרעש בתוך ספק הכוח ולשפר את האנטי-הפרעות ובטיחות המערכת. וזה מסנן תדרי רדיו דו-כיווני, שיכול לא רק לסנן את הפרעות הרעש המוכנסות מקו החשמל (כדי למנוע הפרעות מציוד אחר), אלא גם לסנן את הרעש שנוצר מעצמו (כדי למנוע הפרעות לציוד אחר). ), ולהפריע למצב הסדרתי הנפוץ. לשניהם יש השפעה מעכבת.

4) שנאי בידוד חשמל. הפרד את לולאת הכוח או את לולאת ההארקה במצב משותף של כבל האות, זה יכול לבודד ביעילות את זרם הלולאה המשותף שנוצר בתדר הגבוה.

5) ווסת אספקת חשמל. החזרת ספק כוח נקי יותר יכולה להפחית מאוד את רמת הרעש של ספק הכוח.

6) חיווט. אין להניח את קווי הקלט והיציאה של ספק הכוח על קצה הלוח הדיאלקטרי, אחרת קל ליצור קרינה ולהפריע למעגלים או לציוד אחרים.

7) יש להפריד בין ספק הכוח האנלוגי והדיגיטלי. התקנים בתדר גבוה בדרך כלל רגישים מאוד לרעש דיגיטלי, ולכן יש להפריד את השניים ולחברם יחד בכניסה של ספק הכוח. אם האות צריך להקיף גם חלקים אנלוגיים וגם דיגיטליים, ניתן למקם לולאה בטווח האות כדי להקטין את שטח הלולאה. כפי שמוצג באיור 4.

הצב לולאה במעבר האותות כדי לצמצם את שטח הלולאה

8) הימנע מחפיפה של ספקי כוח נפרדים בין שכבות שונות. נדדו אותם ככל האפשר, אחרת רעש אספקת הכוח מחובר בקלות באמצעות קיבול טפילי.

9) לבודד רכיבים רגישים. חלק מהרכיבים, כגון לולאות נעולות שלב (PLL), רגישים מאוד לרעש של אספקת החשמל. הרחיקו אותם ככל האפשר מאספקת החשמל.

10) הנח את כבל החשמל. על מנת להפחית את לולאת האות, ניתן להפחית את הרעש על ידי הנחת קו החשמל על קצה קו האות, כפי שמוצג באיור 5.

הנח את כבל החשמל ליד קו האות

11) על מנת למנוע מרעש אספקת החשמל להפריע ללוח המעגל ואת הרעש המצטבר הנגרם מהפרעות חיצוניות לאספקת החשמל, ניתן לחבר קבל מעקף לאדמה בנתיב ההפרעות (למעט קרינה), כך ש ניתן לעקוף את הרעש לקרקע כדי למנוע הפרעה לציוד והתקנים אחרים.

רעש אספקת החשמל נוצר ישירות או בעקיפין מאספקת החשמל ומפריע למעגל. כאשר מדכאים את השפעתו על המעגל, יש לפעול לפי עיקרון כללי. מצד אחד, יש למנוע ככל האפשר את רעשי אספקת החשמל. השפעת המעגל, לעומת זאת, צריכה גם למזער את השפעת העולם החיצון או המעגל על ​​ספק הכוח, כדי לא להחמיר את הרעש של ספק הכוח.