In PCB de alta frequência placa, um tipo mais importante de interferência é o ruído da fonte de alimentação. Ao analisar sistematicamente as características e causas do ruído de energia em placas de PCB de alta frequência, o autor apresenta algumas soluções muito eficazes e simples em combinação com aplicações de engenharia.

Análise do ruído da fonte de alimentação

O ruído da fonte de alimentação refere-se ao ruído gerado pela própria fonte de alimentação ou induzido por distúrbios. A interferência se manifesta nos seguintes aspectos:

1) Ruído distribuído causado pela impedância inerente da própria fonte de alimentação. Em circuitos de alta frequência, o ruído da fonte de alimentação tem um impacto maior nos sinais de alta frequência. Portanto, primeiro é necessária uma fonte de alimentação de baixo ruído. Um solo limpo é tão importante quanto uma fonte de energia limpa. A característica de potência é mostrada como na Fig. 1.

Forma de onda de energia

Como pode ser visto na Figura 1, a fonte de alimentação em condições ideais não possui impedância, portanto não há ruído. No entanto, a fonte de alimentação real tem uma certa impedância, e a impedância é distribuída por toda a fonte de alimentação, portanto, o ruído também será sobreposto na fonte de alimentação. Portanto, a impedância da fonte de alimentação deve ser reduzida o máximo possível e é melhor ter uma camada de energia e uma camada de aterramento dedicadas. No projeto de circuito de alta frequência, geralmente é melhor projetar a fonte de alimentação na forma de uma camada do que na forma de um barramento, de modo que o loop sempre possa seguir o caminho com a menor impedância. Além disso, a placa de alimentação também deve fornecer um loop de sinal para todos os sinais gerados e recebidos na placa de circuito impresso, de modo que o loop de sinal possa ser minimizado, reduzindo assim o ruído.

2) Interferência de campo de modo comum. Refere-se ao ruído entre a fonte de alimentação e o solo. É a interferência causada pela tensão de modo comum causada pelo loop formado pelo circuito interferido e a superfície de referência comum de uma determinada fonte de alimentação. Seu valor depende do campo elétrico relativo e do campo magnético. A força depende da força. Conforme mostrado na Figura 2.

Interferência de modo comum

Neste canal, uma queda em Ic causará uma tensão de modo comum no loop de corrente em série, o que afetará a parte receptora. Se o campo magnético é dominante, o valor da tensão de modo comum gerada no loop de terra em série é:

Tensão de modo comum

Na fórmula (1), ΔB é a mudança na densidade do fluxo magnético, Wb / m2; S é a área, m2.

Se for um campo eletromagnético, quando seu valor de campo elétrico é conhecido, sua tensão induzida é

Tensão indutiva

A Equação (2) geralmente se aplica a L = 150 / F ou menos, onde F é a frequência das ondas eletromagnéticas em MHz.

A experiência do autor é: Se este limite for excedido, o cálculo da tensão máxima induzida pode ser simplificado para:

Tensão máxima induzida

3) Interferência de campo do modo diferencial. Refere-se à interferência entre a fonte de alimentação e as linhas de alimentação de entrada e saída. No projeto real da placa de circuito impresso, o autor descobriu que sua proporção no ruído da fonte de alimentação é muito pequena, então não é necessário discuti-la aqui.

4) Interferência inter-linhas. Refere-se à interferência entre as linhas de energia. Quando há capacitância mútua C e indutância mútua M1-2 entre dois circuitos paralelos diferentes, se houver tensão VC e IC atual no circuito da fonte de interferência, o circuito interferido aparecerá:

A. A tensão acoplada através da impedância capacitiva é

Tensão acoplada por impedância capacitiva

Na fórmula (4), RV é o valor paralelo da resistência da extremidade próxima e da extremidade oposta do circuito interferido.

B. Resistência em série por meio de acoplamento indutivo

Resistência em série por meio de acoplamento indutivo

Se houver ruído de modo comum na fonte de interferência, a interferência linha a linha geralmente assume a forma de modo comum e modo diferencial.

5) Acoplamento da linha de alimentação. Refere-se ao fenômeno de que, após o cabo de alimentação CA ou CC ser sujeito a interferência eletromagnética, o cabo de alimentação transmite a interferência para outros dispositivos. Esta é a interferência indireta do ruído da fonte de alimentação no circuito de alta frequência. Deve-se ressaltar que o ruído da fonte de alimentação não é necessariamente gerado por ela mesma, mas também pode ser o ruído induzido por interferência externa, e então sobrepor esse ruído com o ruído gerado por ela mesma (radiação ou condução) para interferir em outros circuitos ou dispositivos.

Contramedidas para eliminar a interferência de ruído da fonte de alimentação

Em vista das diferentes manifestações e causas da interferência do ruído da fonte de alimentação analisadas acima, as condições sob as quais ele ocorre podem ser destruídas de maneira direcionada e a interferência do ruído da fonte de alimentação pode ser efetivamente suprimida. As soluções são as seguintes: 1) Preste atenção aos orifícios de passagem no tabuleiro. O orifício de passagem requer que uma abertura na camada de energia seja gravada para deixar espaço para a passagem do orifício. Se a abertura da camada de potência for muito grande, inevitavelmente afetará o loop do sinal, o sinal será forçado a ignorar, a área do loop aumentará e o ruído aumentará. Ao mesmo tempo, se algumas linhas de sinal estiverem concentradas perto da abertura e compartilharem este loop, a impedância comum causará diafonia. Veja a Figura 3.

Ignore o caminho comum do circuito de sinal

2) Fios de aterramento suficientes são necessários para os fios de conexão. Cada sinal precisa ter seu próprio loop de sinal dedicado, e a área do loop do sinal e do loop é a menor possível, ou seja, o sinal e o loop devem ser paralelos.

3) Coloque um filtro de ruído da fonte de alimentação. Ele pode suprimir efetivamente o ruído dentro da fonte de alimentação e melhorar a anti-interferência e a segurança do sistema. E é um filtro de frequência de rádio bidirecional, que pode não só filtrar a interferência de ruído introduzida da linha de alimentação (para evitar interferência de outro equipamento), mas também filtrar o ruído gerado por si mesmo (para evitar interferência com outro equipamento ) e interfere no modo comum do modo serial. Ambos têm efeito inibitório.

4) Transformador de isolamento de energia. Separe o loop de energia ou o loop de aterramento de modo comum do cabo de sinal, ele pode isolar efetivamente a corrente de loop de modo comum gerada na alta frequência.

5) Regulador de alimentação. Recuperar uma fonte de alimentação mais limpa pode reduzir muito o nível de ruído da fonte de alimentação.

6) Fiação. As linhas de entrada e saída da fonte de alimentação não devem ser colocadas na borda da placa dielétrica, caso contrário, é fácil gerar radiação e interferir em outros circuitos ou equipamentos.

7) As fontes de alimentação analógica e digital devem ser separadas. Dispositivos de alta frequência geralmente são muito sensíveis ao ruído digital, portanto, os dois devem ser separados e conectados na entrada da fonte de alimentação. Se o sinal precisar abranger as partes analógicas e digitais, um loop pode ser colocado na extensão do sinal para reduzir a área do loop. Conforme mostrado na Figura 4.

Coloque um loop no cruzamento do sinal para reduzir a área do loop

8) Evite a sobreposição de fontes de alimentação separadas entre camadas diferentes. Ajuste-os o máximo possível, caso contrário, o ruído da fonte de alimentação é facilmente acoplado por meio da capacitância parasita.

9) Isole os componentes sensíveis. Alguns componentes, como loops de bloqueio de fase (PLL), são muito sensíveis ao ruído da fonte de alimentação. Mantenha-os o mais longe possível da fonte de alimentação.

10) Coloque o cabo de alimentação. Para reduzir o loop de sinal, o ruído pode ser reduzido colocando a linha de alimentação na borda da linha de sinal, conforme mostrado na Figura 5.

Coloque o cabo de alimentação próximo à linha de sinal

11) Para evitar que o ruído da fonte de alimentação interfira na placa de circuito e o ruído acumulado causado por interferência externa à fonte de alimentação, um capacitor de bypass pode ser conectado ao terra no caminho de interferência (exceto para radiação), de modo que o ruído pode ser desviado para o solo para evitar interferir com outros equipamentos e dispositivos.

O ruído da fonte de alimentação é gerado direta ou indiretamente da fonte de alimentação e interfere no circuito. Ao suprimir seu impacto no circuito, um princípio geral deve ser seguido. Por outro lado, o ruído da fonte de alimentação deve ser evitado tanto quanto possível. A influência do circuito, por outro lado, também deve minimizar a influência do mundo externo ou do circuito na fonte de alimentação, de forma a não piorar o ruído da fonte.