In högfrekventa PCB ombord, en viktigare typ av störningar är strömförsörjningsljud. Genom att systematiskt analysera egenskaperna och orsakerna till strömbrus på högfrekventa PCB-kort, lägger författaren fram några mycket effektiva och enkla lösningar i kombination med tekniska tillämpningar.

Analysis of power supply noise

Strömförsörjningsbrus avser det brus som genereras av själva strömförsörjningen eller induceras av störningar. Störningen manifesteras i följande aspekter:

1) Distribuerat brus orsakat av den inneboende impedansen hos själva strömförsörjningen. I högfrekventa kretsar har brus från strömförsörjningen en större inverkan på högfrekventa signaler. Därför krävs först en strömförsörjning med låg ljudnivå. En ren mark är lika viktig som en ren kraftkälla. Effektkarakteristiken visas som i fig. 1.

Effektvågform

Som framgår av figur 1 har strömförsörjningen under ideala förhållanden ingen impedans, så det finns inget brus. Den faktiska strömförsörjningen har dock en viss impedans, och impedansen fördelas på hela strömförsörjningen, därför kommer brus också att överlagras på strömförsörjningen. Därför bör strömförsörjningens impedans minskas så mycket som möjligt, och det är bäst att ha ett dedikerat kraftlager och jordlager. Vid högfrekvenskretskonstruktion är det generellt sett bättre att utforma strömförsörjningen i form av ett lager än i form av en buss, så att slingan alltid kan följa banan med minsta impedans. Dessutom måste strömkortet också tillhandahålla en signalslinga för alla genererade och mottagna signaler på kretskortet, så att signalslingan kan minimeras och därigenom minska brus.

2) Common mode-fältstörningar. Avser bruset mellan strömförsörjningen och marken. Det är interferensen som orsakas av common mode-spänningen som orsakas av slingan som bildas av den störda kretsen och den gemensamma referensytan för en viss strömförsörjning. Dess värde beror på det relativa elektriska fältet och magnetfältet. Styrkan beror på styrkan. Som visas i figur 2.

Common mode interference

På denna kanal kommer ett fall i Ic att orsaka en common-mode spänning i serieströmslingan, vilket kommer att påverka den mottagande delen. Om det magnetiska fältet är dominant är värdet på den gemensamma spänningen som genereras i seriejordslingan:

Gemensam spänning

I formel (1) är ΔB förändringen i magnetisk flödestäthet, Wb/m2; S är arean, m2.

Om det är ett elektromagnetiskt fält, när dess elektriska fältvärde är känt, är dess inducerade spänning

Induktiv spänning

Ekvation (2) gäller generellt för L=150/F eller mindre, där F är frekvensen för elektromagnetiska vågor i MHz.

Författarens erfarenhet är: Om denna gräns överskrids kan beräkningen av den maximala inducerade spänningen förenklas till:

Maximal inducerad spänning

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) Inter-line interferens. Avser interferens mellan kraftledningar. När det finns ömsesidig kapacitans C och ömsesidig induktans M1-2 mellan två olika parallella kretsar, om det finns spänning VC och ström IC i interferenskällans krets, kommer den störda kretsen att visas:

A. Spänningen kopplad genom kapacitiv impedans är

Spänning kopplad genom kapacitiv impedans

I formel (4) är RV parallellvärdet för närmotståndet och fjärrmotståndet för den störda kretsen.

B. Seriemotstånd genom induktiv koppling

Serieresistans genom induktiv koppling

Om det finns common mode-brus i interferenskällan tar linje-till-linje-interferensen vanligtvis formen av common mode och differentialmod.

5) Kraftledningskoppling. Det hänvisar till fenomenet att efter att växelströms- eller likströmssladden har utsatts för elektromagnetiska störningar, överför nätkabeln störningarna till andra enheter. Detta är den indirekta störningen av strömförsörjningsbrus till högfrekvenskretsen. Det bör noteras att bruset från strömförsörjningen inte nödvändigtvis genereras av sig själv, utan kan också vara bruset som induceras av externa störningar, och sedan överlagra detta brus med bruset som genereras av sig själv (strålning eller ledning) för att störa andra kretsar eller enheter.

Motåtgärder för att eliminera störningar från strömförsörjningen

Med tanke på de olika manifestationerna och orsakerna till strömförsörjningsbrusstörningar som analyserats ovan, kan förhållandena under vilka det inträffar förstöras på ett målinriktat sätt, och störningen av strömförsörjningsbrus kan effektivt undertryckas. Lösningarna är följande: 1) Var uppmärksam på de genomgående hålen på brädan. Det genomgående hålet kräver att en öppning på kraftskiktet etsas för att lämna utrymme för det genomgående hålet att passera igenom. Om öppningen av kraftskiktet är för stor kommer det oundvikligen att påverka signalslingan, signalen kommer att tvingas förbigå, slingområdet kommer att öka och bruset kommer att öka. Samtidigt, om några signallinjer är koncentrerade nära öppningen och delar denna loop, kommer den gemensamma impedansen att orsaka överhörning. Se figur 3.

Förbi den gemensamma vägen för signalkretsen

2) Tillräckliga jordledningar krävs för anslutningskablarna. Varje signal måste ha sin egen dedikerade signalslinga, och slingytan för signalen och slingan är så liten som möjligt, det vill säga, signalen och slingan måste vara parallella.

3) Placera ett brusfilter för strömförsörjningen. Det kan effektivt dämpa bruset inuti strömförsörjningen och förbättra systemets anti-interferens och säkerhet. Och det är ett tvåvägs radiofrekvensfilter, som inte bara kan filtrera bort brusstörningarna från kraftledningen (för att förhindra störningar från annan utrustning), utan också filtrera bort bruset som genereras av sig själv (för att undvika störningar med annan utrustning). ), och stör det vanliga läget för seriellt läge. Båda har en hämmande effekt.

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) Strömförsörjningsregulator. Att återfå en renare strömförsörjning kan kraftigt minska ljudnivån på strömförsörjningen.

6) Kabeldragning. Ingångs- och utgångsledningarna för strömförsörjningen bör inte läggas på kanten av det dielektriska kortet, annars är det lätt att generera strålning och störa andra kretsar eller utrustning.

7) Den analoga och digitala strömförsörjningen bör separeras. Högfrekventa enheter är i allmänhet mycket känsliga för digitalt brus, så de två bör separeras och kopplas ihop vid ingången till strömförsörjningen. Om signalen behöver sträcka sig över både analoga och digitala delar kan en slinga placeras vid signalspannet för att minska slingytan. Som visas i figur 4.

Placera en slinga vid signalkorsningen för att minska slingytan

8) Undvik överlappning av separata nätaggregat mellan olika lager. Förskjuta dem så mycket som möjligt, annars kopplas strömförsörjningsljudet enkelt genom parasitisk kapacitans.

9) Isolera känsliga komponenter. Vissa komponenter, såsom faslåsta slingor (PLL), är mycket känsliga för strömförsörjningsbrus. Håll dem så långt borta från strömförsörjningen som möjligt.

10) Sätt i nätsladden. För att minska signalslingan kan bruset reduceras genom att placera kraftledningen på kanten av signalledningen, som visas i figur 5.

Placera nätsladden bredvid signalledningen

11) För att förhindra att strömförsörjningsbruset stör kretskortet och det ackumulerade bruset som orsakas av externa störningar på strömförsörjningen, kan en bypass-kondensator anslutas till marken i störningsvägen (förutom strålning), så att bullret kan förbigås till marken för att undvika störning av annan utrustning och utrustning.

Strömförsörjningsbrus genereras direkt eller indirekt från strömförsörjningen och stör kretsen. När du undertrycker dess påverkan på kretsen bör en allmän princip följas. Å ena sidan bör strömförsörjningsljudet förhindras så mycket som möjligt. Kretsens inflytande å andra sidan bör också minimera omvärldens eller kretsens påverkan på strömförsörjningen, för att inte förvärra bruset från strömförsörjningen.