In visokofrekventni PCB ploča, važnija vrsta smetnji je šum napajanja. Систематском анализом карактеристика и узрока буке струје на високофреквентним штампаним плочама, аутор износи нека веома ефикасна и једноставна решења у комбинацији са инжењерским применама.

Analiza buke napajanja

Buka iz izvora napajanja odnosi se na buku koju generiše samo napajanje ili je izazvana smetnjama. Интерференција се манифестује у следећим аспектима:

1) Distribuirani šum uzrokovan inherentnom impedansom samog izvora napajanja. U visokofrekventnim kolima, šum napajanja ima veći uticaj na visokofrekventne signale. Zbog toga je prvo potrebno napajanje sa niskim nivoom buke. Чисто тло је једнако важно као и чист извор енергије. Карактеристика снаге је приказана као на слици 1.

Talasni oblik snage

Као што се може видети са слике 1, напајање у идеалним условима нема импедансу, тако да нема шума. Међутим, стварно напајање има одређену импедансу, а импеданса је распоређена на цело напајање, па ће се шум такође надовезати на напајање. Zbog toga, impedansu napajanja treba smanjiti što je više moguće, a najbolje je imati namenski sloj napajanja i sloj uzemljenja. U dizajnu visokofrekventnih kola, generalno je bolje dizajnirati napajanje u obliku sloja nego u obliku magistrale, tako da petlja uvek može da prati putanju sa najmanjom impedansom. Pored toga, strujna ploča takođe mora da obezbedi signalnu petlju za sve generisane i primljene signale na PCB-u, tako da se signalna petlja može minimizirati, čime se smanjuje šum.

2) Smetnje u polju zajedničkog moda. Односи се на шум између извора напајања и земље. To je smetnja uzrokovana naponom zajedničkog moda uzrokovana petljom formiranom od ometanog kola i zajedničke referentne površine određenog izvora napajanja. Његова вредност зависи од релативног електричног и магнетног поља. Snaga zavisi od snage. Kao što je prikazano na slici 2.

Smetnje zajedničkog režima

Na ovom kanalu, pad Ic će izazvati zajednički napon u serijskoj strujnoj petlji, što će uticati na prijemni deo. Ако је магнетно поље доминантно, вредност напона заједничког мода генерисаног у серијској петљи уземљења је:

Uobičajeni napon

U formuli (1), ΔB je promena gustine magnetnog fluksa, Wb/m2; S je površina, m2.

Ako je u pitanju elektromagnetno polje, kada je njegova vrednost električnog polja poznata, njegov indukovani napon je

Induktivni napon

Jednačina (2) generalno važi za L=150/F ili manje, gde je F frekvencija elektromagnetnih talasa u MHz.

Iskustvo autora je: Ako je ova granica prekoračena, izračunavanje maksimalnog indukovanog napona može se pojednostaviti na:

Maksimalni indukovani napon

3) Интерференција поља диференцијалног режима. Односи се на сметње између напајања и улазних и излазних водова напајања. У стварном дизајну ПЦБ-а, аутор је открио да је његов удео у буци напајања веома мали, тако да није потребно овде расправљати о томе.

4) Међулинијско сметње. Односи се на сметње између електричних водова. Када постоје међусобна капацитивност Ц и међусобна индуктивност М1-2 између два различита паралелна кола, ако постоје напон ВЦ и струја ИЦ у колу извора сметњи, појавиће се ометано коло:

O. Napon spojen kroz kapacitivnu impedanciju je

Napon spojen kroz kapacitivnu impedanciju

U formuli (4), RV je paralelna vrednost otpora na bližem kraju i otporu na daljem kraju kola sa smetnjama.

B. Serijski otpor kroz induktivnu spregu

Serijski otpor kroz induktivnu spregu

Ако постоји шум заједничког мода у извору сметњи, сметње од линије до линије генерално имају облик заједничког мода и диференцијалног мода.

5) Spojnica dalekovoda. Односи се на феномен да након што је АЦ или ДЦ кабл за напајање подвргнут електромагнетним сметњама, кабл за напајање преноси сметње на друге уређаје. Ovo je indirektna interferencija buke izvora napajanja na visokofrekventno kolo. Treba napomenuti da šum izvora napajanja nije nužno generisan sam od sebe, već može biti i šum izazvan spoljnim smetnjama, a zatim nadovezati ovu buku sa bukom koju sam generiše (zračenje ili provodljivost) da bi ometala druga kola или уређаја.

Protivmere za eliminisanje smetnji buke napajanja

S obzirom na gore analizirane različite manifestacije i uzroke smetnji buke napajanja električnom energijom, uslovi pod kojima se ona javlja mogu se ciljano uništiti, a smetnje buke napajanja mogu efikasno potisnuti. Rešenja su sledeća: 1) Obratite pažnju na rupe na ploči. Prolazni otvor zahteva otvor na sloju snage koji treba da bude urezan kako bi se ostavio prostor za prolaz kroz otvor. Ako je otvor sloja snage prevelik, to će neizbežno uticati na signalnu petlju, signal će biti primoran da zaobiđe, površina petlje će se povećati, a šum će se povećati. U isto vreme, ako su neke signalne linije koncentrisane blizu otvora i dele ovu petlju, zajednička impedansa će izazvati preslušavanje. Vidi sliku 3.

Заобиђите заједничку путању сигналног кола

2) Potrebno je dovoljno žica za uzemljenje za priključne žice. Svaki signal treba da ima svoju posebnu signalnu petlju, a područje petlje signala i petlje je što je moguće manje, odnosno signal i petlja moraju biti paralelni.

3) Поставите филтер за буку напајања. Може ефикасно потиснути буку унутар напајања и побољшати заштиту од сметњи и сигурност система. И то је двосмерни радио-фреквентни филтер, који не само да може да филтрира сметње буке уведене из далековода (да спречи сметње од друге опреме), већ и да филтрира буку коју сам генерише (да би се избегле сметње са другом опремом ) и ометају уобичајени режим серијског режима. Oba imaju inhibitorni efekat.

4) Energetski izolacioni transformator. Одвојите петљу за напајање или петљу уземљења заједничког мода сигналног кабла, може ефикасно изоловати струју петље заједничког мода која се генерише на високој фреквенцији.

5) Regulator napajanja. Повратак чистијег напајања може у великој мери смањити ниво буке у извору напајања.

6) Ожичење. Улазне и излазне линије напајања не треба полагати на ивицу диелектричне плоче, иначе је лако генерисати зрачење и ометати друга кола или опрему.

7) Analogno i digitalno napajanje treba razdvojiti. Visokofrekventni uređaji su generalno veoma osetljivi na digitalni šum, tako da ih treba razdvojiti i spojiti zajedno na ulazu za napajanje. Ако сигнал треба да обухвата и аналогне и дигиталне делове, петља се може поставити на опсег сигнала да би се смањила област петље. Kao što je prikazano na slici 4.

Поставите петљу на прелаз сигнала да бисте смањили подручје петље

8) Izbegavajte preklapanje odvojenih izvora napajanja između različitih slojeva. Pomerite ih što je više moguće, inače se šum izvora napajanja lako spaja preko parazitnog kapaciteta.

9) Изолујте осетљиве компоненте. Неке компоненте, као што су фазно закључане петље (ПЛЛ), веома су осетљиве на шум извора напајања. Držite ih što dalje od izvora napajanja.

10) Поставите кабл за напајање. Da bi se smanjila signalna petlja, šum se može smanjiti postavljanjem dalekovoda na ivicu signalne linije, kao što je prikazano na slici 5.

Postavite kabl za napajanje pored signalne linije

11) Da bi se sprečilo da buka izvora napajanja ometa štampanu ploču i akumulirani šum izazvan spoljnim smetnjama u napajanju, na putu smetnji se može spojiti bajpas kondenzator (osim radijacije), tako da buka se može zaobići do zemlje kako bi se izbeglo ometanje druge opreme i uređaja.

Шум из напајања се директно или индиректно генерише из извора напајања и омета струјно коло. Prilikom suzbijanja njegovog uticaja na kolo, treba se pridržavati opšteg principa. С једне стране, шум напајања треба спречити што је више могуће. Uticaj kola, s druge strane, takođe treba da minimizira uticaj spoljašnjeg sveta ili kola na napajanje, kako se ne bi pogoršao šum izvora napajanja.