In 高周波PCB ボードでは、より重要なタイプの干渉は電源ノイズです。 高周波PCBボードのパワーノイズの特性と原因を体系的に分析することにより、著者はエンジニアリングアプリケーションと組み合わせていくつかの非常に効果的でシンプルなソリューションを提案します。

電源ノイズの分析

電源ノイズとは、電源自体が発生するノイズ、または外乱によって発生するノイズのことです。 干渉は、次の側面で明らかになります。

1）電源自体の固有インピーダンスによって引き起こされる分散ノイズ。 高周波回路では、電源ノイズが高周波信号に大きな影響を与えます。 したがって、最初に低ノイズの電源が必要です。 きれいな地面は、きれいな電源と同じくらい重要です。 電力特性を図1のように示します。

電力波形

図1からわかるように、理想的な状態の電源にはインピーダンスがないため、ノイズはありません。 ただし、実際の電源には一定のインピーダンスがあり、インピーダンスは電源全体に分散しているため、ノイズも電源に重なってしまいます。 したがって、電源のインピーダンスは可能な限り低減する必要があり、専用の電源層と接地層を用意するのが最善です。 高周波回路設計では、ループが常に最小のインピーダンスでパスをたどることができるように、バスの形よりも層の形で電源を設計する方が一般的に優れています。 さらに、電源ボードは、PCB上で生成および受信されたすべての信号に対して信号ループを提供する必要があります。これにより、信号ループを最小限に抑えて、ノイズを減らすことができます。

2）コモンモードフィールド干渉。 電源とアース間のノイズを指します。 これは、干渉回路と特定の電源の共通基準面によって形成されるループによって引き起こされるコモンモード電圧によって引き起こされる干渉です。 その値は、相対的な電界と磁界に依存します。 強さは強さに依存します。 図2に示すように。

コモンモード干渉

このチャネルでは、Icが低下すると、直列電流ループにコモンモード電圧が発生し、受信部分に影響を及ぼします。 磁界が支配的である場合、直列グランドループで生成されるコモンモード電圧の値は次のとおりです。

コモンモード電圧

式（1）で、ΔBは磁束密度の変化Wb / m2です。 Sは面積m2です。

電磁界の場合、電界値がわかっていると、誘導電圧は次のようになります。

誘導電圧

式（2）は、一般にL = 150 / F以下に適用されます。ここで、Fは電磁波の周波数（MHz）です。

著者の経験は次のとおりです。この制限を超えると、最大誘導電圧の計算は次のように簡略化できます。

最大誘導電圧

3）差動モードのフィールド干渉。 電源と入力および出力電力線の間の干渉を指します。 実際のPCB設計では、電源ノイズに占める割合が非常に小さいため、ここで説明する必要はありません。

4）ライン間干渉。 電力線間の干渉を指します。 1つの異なる並列回路間に相互容量Cと相互インダクタンスM2-XNUMXがある場合、干渉源回路に電圧VCと電流ICがあると、干渉回路が表示されます。

A.容量性インピーダンスを介して結合された電圧は

容量性インピーダンスを介して結合された電圧

式（4）で、RVは干渉回路の近端抵抗と遠端抵抗の並列値です。

B.誘導結合による直列抵抗

誘導結合による直列抵抗

干渉源にコモンモードノイズがある場合、ライン間干渉は通常、コモンモードとディファレンシャルモードの形式を取ります。

5）電力線カップリング。 これは、ACまたはDC電源コードが電磁干渉を受けた後、電源コードが干渉を他のデバイスに伝達する現象を指します。 これは、電源ノイズの高周波回路への間接的な干渉です。 なお、電源のノイズは、必ずしもそれ自体で発生するわけではなく、外部干渉によるノイズである可能性があり、このノイズとそれ自体で発生するノイズ（放射または伝導）を重ね合わせて他の回路に干渉させる場合があります。またはデバイス。

電源ノイズ干渉を排除するための対策

上記で分析した電源ノイズ干渉のさまざまな兆候と原因を考慮すると、それが発生する条件を的を絞って破壊することができ、電源ノイズの干渉を効果的に抑制することができます。 解決策は次のとおりです。1）ボードの貫通穴に注意してください。 スルーホールは、スルーホールが通過するためのスペースを残すために、パワー層の開口部をエッチングする必要があります。 パワー層の開口部が大きすぎると、必然的に信号ループに影響を与え、信号は強制的にバイパスされ、ループ面積が増加し、ノイズが増加します。 同時に、一部の信号線が開口部の近くに集中してこのループを共有している場合、共通インピーダンスによってクロストークが発生します。 図3を参照してください。

信号回路の共通パスをバイパスする

2）接続線には十分なアース線が必要です。 各信号には専用の信号ループが必要であり、信号とループのループ領域は可能な限り小さくなります。つまり、信号とループは並列である必要があります。

3）電源ノイズフィルターを配置します。 電源内部のノイズを効果的に抑制し、システムの干渉防止と安全性を向上させることができます。 また、双方向無線周波数フィルターであり、電力線から発生するノイズ干渉を（他の機器からの干渉を防ぐために）フィルターで除去するだけでなく、それ自体で発生するノイズを（他の機器との干渉を回避するために）フィルターで除去することもできます。 ）、およびシリアルモードのコモンモードに干渉します。 どちらも抑制効果があります。

4）電源絶縁トランス。 信号ケーブルの電源ループまたはコモンモードグランドループを分離することで、高周波で発生するコモンモードループ電流を効果的に分離できます。

5）電源レギュレータ。 よりクリーンな電源を取り戻すことで、電源のノイズレベルを大幅に減らすことができます。

6）配線。 電源の入力ラインと出力ラインを誘電体基板の端に配置しないでください。配置しないと、放射が発生しやすく、他の回路や機器に干渉しやすくなります。

7）アナログ電源とデジタル電源を分離する必要があります。 高周波デバイスは一般にデジタルノイズに非常に敏感であるため、電源の入口で4つを分離して接続する必要があります。 信号がアナログ部分とデジタル部分の両方にまたがる必要がある場合は、信号スパンにループを配置してループ面積を減らすことができます。 図XNUMXに示すように。

信号交差点にループを配置して、ループ領域を減らします

8）異なる層間で別々の電源が重ならないようにしてください。 それらを可能な限りずらしてください。そうしないと、電源ノイズが寄生容量によって簡単に結合されます。

9）敏感なコンポーネントを分離します。 フェーズロックループ（PLL）などの一部のコンポーネントは、電源ノイズに非常に敏感です。 それらを電源からできるだけ離してください。

10）電源コードを配置します。 信号ループを減らすために、図5に示すように、電力線を信号線の端に配置することでノイズを減らすことができます。

信号線の横に電源コードを配置します

11）電源ノイズが回路基板に干渉するのを防ぎ、電源への外部干渉によって蓄積されるノイズを防ぐために、バイパスコンデンサを干渉経路（放射を除く）のグランドに接続して、次のようにすることができます。他の機器やデバイスとの干渉を避けるために、ノイズを地面にバイパスすることができます。

電源ノイズは、電源から直接的または間接的に発生し、回路に干渉します。 回路への影響を抑えるときは、一般的な原則に従う必要があります。 一方では、電源ノイズを可能な限り防止する必要があります。 一方、回路の影響は、電源のノイズを悪化させないように、外界または回路の電源への影響を最小限に抑える必要があります。