In vysokofrekvenčné PCB doske, dôležitejším typom rušenia je šum napájacieho zdroja. Systematickou analýzou charakteristík a príčin výkonového šumu na vysokofrekvenčných doskách PCB autor navrhuje niekoľko veľmi efektívnych a jednoduchých riešení v kombinácii s inžinierskymi aplikáciami.

Analýza hluku napájacieho zdroja

Hluk napájacieho zdroja sa týka hluku generovaného samotným napájacím zdrojom alebo vyvolaného rušením. Rušenie sa prejavuje v nasledujúcich aspektoch:

1) Distribuovaný šum spôsobený vlastnou impedanciou samotného napájacieho zdroja. Vo vysokofrekvenčných obvodoch má šum napájacieho zdroja väčší vplyv na vysokofrekvenčné signály. Preto je najprv potrebný zdroj s nízkou hlučnosťou. Čistá pôda je rovnako dôležitá ako čistý zdroj energie. Výkonová charakteristika je znázornená ako na obr.

Výkonová krivka

Ako je zrejmé z obrázku 1, napájací zdroj za ideálnych podmienok nemá impedanciu, takže nevzniká žiadny šum. Skutočný napájací zdroj má však určitú impedanciu a impedancia je rozložená na celý napájací zdroj, preto sa na napájací zdroj prekrýva aj šum. Preto by sa impedancia napájacieho zdroja mala čo najviac znížiť a najlepšie je mať vyhradenú napájaciu vrstvu a zemnú vrstvu. Pri návrhu vysokofrekvenčného obvodu je vo všeobecnosti lepšie navrhnúť napájanie vo forme vrstvy ako vo forme zbernice, aby slučka mohla vždy sledovať cestu s najmenšou impedanciou. Okrem toho musí výkonová doska poskytovať aj signálovú slučku pre všetky generované a prijímané signály na doske plošných spojov, aby sa signálová slučka mohla minimalizovať, čím sa zníži šum.

2) Rušenie poľa so spoločným režimom. Vzťahuje sa na šum medzi zdrojom napájania a zemou. Je to rušenie spôsobené spoločným napätím spôsobené slučkou tvorenou rušeným obvodom a spoločným referenčným povrchom určitého napájacieho zdroja. Jeho hodnota závisí od relatívneho elektrického poľa a magnetického poľa. Sila závisí od sily. Ako je znázornené na obrázku 2.

Rušenie bežného režimu

Na tomto kanáli pokles Ic spôsobí bežné napätie v sériovej prúdovej slučke, čo ovplyvní prijímaciu časť. Ak je magnetické pole dominantné, hodnota bežného napätia generovaného v sériovej uzemňovacej slučke je:

Napätie v bežnom režime

Vo vzorci (1) je ΔB zmena hustoty magnetického toku, Wb/m2; S je plocha, m2.

Ak ide o elektromagnetické pole, keď je známa hodnota jeho elektrického poľa, jeho indukované napätie je

Indukčné napätie

Rovnica (2) vo všeobecnosti platí pre L=150/F alebo menej, kde F je frekvencia elektromagnetických vĺn v MHz.

Skúsenosti autora sú: Pri prekročení tejto hranice je možné výpočet maximálneho indukovaného napätia zjednodušiť na:

Maximálne indukované napätie

3) Rušenie poľa s diferenciálnym režimom. Vzťahuje sa na rušenie medzi napájacím zdrojom a vstupným a výstupným elektrickým vedením. Pri samotnom návrhu DPS autor zistil, že jeho podiel na hlučnosti zdroja je veľmi malý, takže to tu nie je potrebné rozoberať.

4) Medziriadkové rušenie. Vzťahuje sa na rušenie medzi elektrickými vedeniami. Keď je medzi dvoma rôznymi paralelnými obvodmi vzájomná kapacita C a vzájomná indukčnosť M1-2, ak je v obvode zdroja rušenia napätie VC a prúd IC, objaví sa rušený obvod:

A. Napätie spojené cez kapacitnú impedanciu je

Napätie spojené cez kapacitnú impedanciu

Vo vzorci (4) je RV paralelná hodnota odporu na blízkom konci a odporu na vzdialenom konci rušeného obvodu.

B. Sériový odpor cez indukčnú väzbu

Sériový odpor cez indukčnú väzbu

Ak je v zdroji rušenia šum v spoločnom režime, rušenie medzi linkami má vo všeobecnosti formu spoločného režimu a diferenciálneho režimu.

5) Spojka elektrického vedenia. Týka sa javu, že potom, čo je AC alebo DC napájací kábel vystavený elektromagnetickému rušeniu, napájací kábel prenáša rušenie do iných zariadení. Ide o nepriame rušenie šumu napájacieho zdroja do vysokofrekvenčného obvodu. Je potrebné poznamenať, že hluk napájacieho zdroja nie je nevyhnutne generovaný sám o sebe, ale môže to byť aj hluk vyvolaný vonkajším rušením a potom sa tento hluk prekrýva so samotným hlukom (žiarením alebo vedením), aby interferoval s inými obvodmi. alebo zariadenia.

Protiopatrenia na odstránenie rušenia rušenia napájacieho zdroja

Vzhľadom na vyššie analyzované rôzne prejavy a príčiny rušenia rušenia napájacieho zdroja je možné cielene zničiť podmienky, za ktorých k nemu dochádza, a účinne potlačiť rušenie rušením napájacieho zdroja. Riešenia sú nasledovné: 1) Venujte pozornosť priechodným otvorom na doske. Priechodný otvor vyžaduje vyleptanie otvoru na výkonovej vrstve, aby zostal priestor pre priechodný otvor. Ak je otvor výkonovej vrstvy príliš veľký, nevyhnutne to ovplyvní signálovú slučku, signál bude nútený obísť, oblasť slučky sa zväčší a šum sa zvýši. Súčasne, ak sú niektoré signálové vedenia sústredené v blízkosti otvoru a zdieľajú túto slučku, spoločná impedancia spôsobí presluchy. Pozri obrázok 3.

Obíďte spoločnú cestu signálneho obvodu

2) Pre pripojovacie vodiče sú potrebné dostatočné uzemňovacie vodiče. Každý signál musí mať svoju vlastnú vyhradenú signálnu slučku a oblasť slučky signálu a slučky je čo najmenšia, to znamená, že signál a slučka musia byť paralelné.

3) Umiestnite napájací filter šumu. Dokáže účinne potlačiť hluk vo vnútri napájacieho zdroja a zlepšiť ochranu proti rušeniu a bezpečnosť systému. A je to obojsmerný vysokofrekvenčný filter, ktorý dokáže nielen odfiltrovať rušenie spôsobené elektrickým vedením (aby sa zabránilo rušeniu od iných zariadení), ale aj odfiltrovať hluk, ktorý vytvára sám (aby sa zabránilo rušeniu s inými zariadeniami). ) a narúšajú bežný režim sériového režimu. Oba majú inhibičný účinok.

4) Výkonový izolačný transformátor. Oddeľte napájaciu slučku alebo uzemňovaciu slučku spoločného režimu signálneho kábla, môžete účinne izolovať prúd slučky spoločného režimu generovaný pri vysokej frekvencii.

5) Regulátor napájania. Opätovné získanie čistejšieho napájacieho zdroja môže výrazne znížiť hladinu hluku napájacieho zdroja.

6) Elektroinštalácia. Vstupné a výstupné vedenia napájacieho zdroja by nemali byť položené na okraji dielektrickej dosky, inak je ľahké generovať žiarenie a rušiť iné obvody alebo zariadenia.

7) Analógové a digitálne napájanie by malo byť oddelené. Vysokofrekvenčné zariadenia sú vo všeobecnosti veľmi citlivé na digitálny šum, preto by mali byť oddelené a spojené spolu na vstupe do napájacieho zdroja. Ak signál potrebuje preklenúť analógovú aj digitálnu časť, môže byť na rozpätie signálu umiestnená slučka, aby sa zmenšila oblasť slučky. Ako je znázornené na obrázku 4.

Umiestnite slučku na križovatke signálu, aby ste zmenšili oblasť slučky

8) Vyhnite sa prekrývaniu samostatných napájacích zdrojov medzi rôznymi vrstvami. Rozložte ich čo najviac, inak sa hluk napájacieho zdroja ľahko spája s parazitnou kapacitou.

9) Izolujte citlivé komponenty. Niektoré komponenty, ako napríklad slučky s fázovým závesom (PLL), sú veľmi citlivé na šum napájacieho zdroja. Udržujte ich čo najďalej od zdroja napájania.

10) Umiestnite napájací kábel. Aby sa zmenšila signálová slučka, šum sa môže znížiť umiestnením elektrického vedenia na okraj signálneho vedenia, ako je znázornené na obrázku 5.

Umiestnite napájací kábel vedľa signálneho vedenia

11) Aby hluk napájacieho zdroja nerušil obvodovú dosku a nahromadený šum spôsobený vonkajším rušením napájacieho zdroja, je možné v rušivej ceste (okrem žiarenia) pripojiť k zemi premosťovací kondenzátor. hluk môže byť obídený na zem, aby sa zabránilo rušeniu iných zariadení a zariadení.

Šum napájacieho zdroja je priamo alebo nepriamo generovaný z napájacieho zdroja a zasahuje do obvodu. Pri potláčaní jeho vplyvu na obvod by sa mala dodržiavať všeobecná zásada. Na jednej strane by sa malo čo najviac zabrániť šumu napájacieho zdroja. Vplyv obvodu by mal na druhej strane minimalizovať aj vplyv vonkajšieho sveta alebo obvodu na napájanie, aby sa nezhoršovala hlučnosť napájacieho zdroja.