In высокочастотная печатная плата На плате более важным видом помех является шум источника питания. Систематически анализируя характеристики и причины шума мощности на высокочастотных печатных платах, автор предлагает несколько очень эффективных и простых решений в сочетании с инженерными приложениями.

Анализ шума источника питания

Под шумом источника питания понимается шум, создаваемый самим источником питания или вызванный помехами. Интерференция проявляется в следующих аспектах:

1) Распределенный шум, вызванный внутренним импедансом самого источника питания. В высокочастотных цепях шум источника питания сильнее влияет на высокочастотные сигналы. Поэтому в первую очередь требуется источник питания с низким уровнем шума. Чистая земля так же важна, как и чистый источник энергии. Силовая характеристика представлена ​​на рис.1.

Форма волны мощности

Как видно из рисунка 1, в идеальных условиях источник питания не имеет импеданса, поэтому нет шума. Однако фактический источник питания имеет определенный импеданс, и он распределяется по всему источнику питания, поэтому шум также будет накладываться на источник питания. Следовательно, сопротивление источника питания должно быть уменьшено в максимально возможной степени, и лучше всего иметь выделенный слой питания и слой заземления. При проектировании высокочастотных схем, как правило, лучше спроектировать источник питания в виде слоя, чем в виде шины, чтобы контур всегда мог следовать по пути с наименьшим импедансом. Кроме того, плата питания также должна обеспечивать сигнальный контур для всех генерируемых и принимаемых сигналов на печатной плате, так что сигнальный контур может быть минимизирован, тем самым уменьшая шум.

2) Помехи синфазного поля. Относится к шуму между источником питания и землей. Это помехи, вызванные синфазным напряжением, вызванным петлей, образованной цепью, подверженной помехам, и общей эталонной поверхностью определенного источника питания. Его значение зависит от относительного электрического поля и магнитного поля. Сила зависит от силы. Как показано на рисунке 2.

Помехи в синфазном режиме

В этом канале падение Ic вызовет синфазное напряжение в последовательной токовой петле, что повлияет на принимающую часть. Если магнитное поле является доминирующим, значение синфазного напряжения, генерируемого в последовательном контуре заземления, составляет:

Напряжение синфазного режима

В формуле (1) ΔB – изменение плотности магнитного потока, Вт / м2; S – площадь, м2.

If it is an electromagnetic field, when its electric field value is known, its induced voltage is

Индуктивное напряжение

Уравнение (2) обычно применяется к L = 150 / F или меньше, где F – частота электромагнитных волн в МГц.

The author’s experience is: If this limit is exceeded, the calculation of the maximum induced voltage can be simplified to:

Maximum induced voltage

3) Differential mode field interference. Refers to the interference between the power supply and the input and output power lines. In the actual PCB design, the author found that its proportion in the power supply noise is very small, so it is not necessary to discuss it here.

4) Межстрочная интерференция. Относится к помехам между линиями электропередач. Когда есть взаимная емкость C и взаимная индуктивность M1-2 между двумя разными параллельными цепями, если в цепи источника помех есть напряжение VC и ток IC, возникает цепь с помехами:

A. Напряжение, связанное через емкостной импеданс, равно

Напряжение связано через емкостное сопротивление

В формуле (4) RV – это параллельное значение сопротивления на ближнем конце и сопротивления на дальнем конце цепи, подверженной помехам.

Б. Последовательное сопротивление через индуктивную связь

Последовательное сопротивление через индуктивную связь

Если в источнике помех присутствует синфазный шум, межфазные помехи обычно принимают форму синфазного и дифференциального режима.

5) Муфта линии электропередачи. Это относится к явлению, когда шнур питания переменного или постоянного тока подвергается воздействию электромагнитных помех, шнур питания передает помехи другим устройствам. Это косвенное вмешательство шума источника питания в высокочастотную цепь. Следует отметить, что шум источника питания не обязательно генерируется сам по себе, но также может быть шумом, вызванным внешними помехами, а затем наложить этот шум на шум, генерируемый им самим (излучение или проводимость), чтобы создать помехи другим цепям. или устройства.

Контрмеры по устранению шумовых помех источника питания

Ввиду различных проявлений и причин шумовых помех источника питания, проанализированных выше, условия, при которых они возникают, могут быть целенаправленно устранены, и помехи шума источника питания могут быть эффективно подавлены. Решения следующие: 1) Обратите внимание на сквозные отверстия на плате. Сквозное отверстие требует протравливания отверстия в слое питания, чтобы оставить место для прохождения сквозного отверстия. Если отверстие в силовом слое слишком велико, это неизбежно повлияет на сигнальный контур, сигнал будет вынужден обходить, площадь контура увеличится, а шум увеличится. В то же время, если некоторые сигнальные линии сконцентрированы около отверстия и разделяют этот контур, общий импеданс вызовет перекрестные помехи. См. Рисунок 3.

Обойти общий путь сигнальной цепи

2) Для соединительных проводов требуется достаточное количество заземляющих проводов. Каждый сигнал должен иметь свой собственный выделенный сигнальный контур, а площадь контура сигнала и контура должна быть как можно меньше, то есть сигнал и контур должны быть параллельны.

3) Установите шумовой фильтр блока питания. Он может эффективно подавить шум внутри источника питания и улучшить защиту от помех и безопасность системы. И это двусторонний радиочастотный фильтр, который может не только отфильтровать шумовые помехи, вносимые от линии электропередачи (для предотвращения помех от другого оборудования), но также отфильтровать шум, генерируемый самим собой (чтобы избежать помех другому оборудованию. ), и мешают общему режиму последовательного режима. Оба обладают тормозящим действием.

4) Power isolation transformer. Separate the power loop or the common mode ground loop of the signal cable, it can effectively isolate the common mode loop current generated in the high frequency.

5) Регулятор питания. Получение более чистого источника питания может значительно снизить уровень шума источника питания.

6) Электропроводка. Входные и выходные линии источника питания не должны прокладываться на краю диэлектрической платы, в противном случае легко генерировать излучение и создавать помехи для других цепей или оборудования.

7) Аналоговый и цифровой источник питания должны быть разделены. Высокочастотные устройства обычно очень чувствительны к цифровому шуму, поэтому их следует разделить и соединить вместе на входе в источник питания. Если сигнал должен охватывать как аналоговую, так и цифровую части, на участке сигнала можно разместить петлю, чтобы уменьшить площадь петли. Как показано на рисунке 4.

Поместите петлю на сигнальном перекрестке, чтобы уменьшить площадь петли

8) Избегайте перекрытия отдельных источников питания между разными слоями. По возможности расположите их в шахматном порядке, в противном случае шум источника питания легко устраняется паразитной емкостью.

9) Изолируйте чувствительные компоненты. Некоторые компоненты, такие как петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), очень чувствительны к шумам источника питания. Держите их как можно дальше от источника питания.

10) Поместите шнур питания. Чтобы уменьшить сигнальную петлю, шум можно уменьшить, разместив линию питания на краю сигнальной линии, как показано на рисунке 5.

Поместите шнур питания рядом с сигнальной линией.

11) Чтобы шум источника питания не мешал работе печатной платы и накопленный шум, вызванный внешними помехами источнику питания, байпасный конденсатор может быть подключен к земле на пути помех (за исключением излучения), чтобы шум можно обойти на землю, чтобы не создавать помех другому оборудованию и устройствам.

Шум источника питания прямо или косвенно генерируется источником питания и мешает работе цепи. При подавлении его воздействия на цепь следует соблюдать общий принцип. С одной стороны, следует максимально исключить шум блока питания. С другой стороны, влияние схемы должно также минимизировать влияние внешнего мира или схемы на источник питания, чтобы не ухудшать шум источника питания.