In PCB ความถี่สูง บอร์ดประเภทสัญญาณรบกวนที่สำคัญกว่าคือเสียงของแหล่งจ่ายไฟ ด้วยการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะและสาเหตุของสัญญาณรบกวนของพลังงานบนบอร์ด PCB ความถี่สูงอย่างเป็นระบบ ผู้เขียนจึงนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพและเรียบง่ายร่วมกับการใช้งานทางวิศวกรรม

Analysis of power supply noise

เสียงของแหล่งจ่ายไฟหมายถึงเสียงที่เกิดจากตัวจ่ายไฟเองหรือเกิดจากการรบกวน การรบกวนจะปรากฏในด้านต่อไปนี้:

1) เสียงรบกวนที่เกิดจากอิมพีแดนซ์โดยธรรมชาติของตัวจ่ายไฟเอง ในวงจรความถี่สูง เสียงของแหล่งจ่ายไฟมีผลกระทบต่อสัญญาณความถี่สูงมากกว่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีเสียงรบกวนต่ำก่อน พื้นดินที่สะอาดมีความสำคัญเท่ากับแหล่งพลังงานสะอาด ลักษณะพลังงานแสดงดังในรูปที่ 1

รูปคลื่นพลังงาน

ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 แหล่งจ่ายไฟภายใต้สภาวะที่เหมาะสมไม่มีอิมพีแดนซ์ ดังนั้นจึงไม่มีสัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตาม แหล่งจ่ายไฟจริงมีอิมพีแดนซ์ที่แน่นอน และอิมพีแดนซ์จะกระจายไปยังแหล่งจ่ายไฟทั้งหมด ดังนั้น สัญญาณรบกวนจะถูกซ้อนทับบนแหล่งจ่ายไฟด้วย ดังนั้น อิมพีแดนซ์ของพาวเวอร์ซัพพลายควรลดลงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และเป็นการดีที่สุดที่จะมีพาวเวอร์เลเยอร์เฉพาะและชั้นกราวด์ ในการออกแบบวงจรความถี่สูง โดยทั่วไปแล้วจะดีกว่าที่จะออกแบบแหล่งจ่ายไฟในรูปแบบของเลเยอร์มากกว่าในรูปแบบของบัส เพื่อให้ลูปสามารถติดตามเส้นทางที่มีอิมพีแดนซ์น้อยที่สุดได้เสมอ นอกจากนี้ บอร์ดจ่ายไฟจะต้องจัดให้มีลูปสัญญาณสำหรับสัญญาณที่สร้างและรับสัญญาณทั้งหมดบน PCB เพื่อลดการวนซ้ำของสัญญาณ ซึ่งจะเป็นการลดสัญญาณรบกวน

2) การรบกวนของฟิลด์โหมดทั่วไป หมายถึงเสียงระหว่างแหล่งจ่ายไฟกับพื้น เป็นการรบกวนที่เกิดจากแรงดันไฟโหมดทั่วไปที่เกิดจากลูปที่เกิดจากวงจรรบกวนและพื้นผิวอ้างอิงทั่วไปของแหล่งจ่ายไฟบางตัว ค่าของมันขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้าสัมพัทธ์และสนามแม่เหล็ก ความแรงขึ้นอยู่กับความแรง ดังแสดงในรูปที่ 2

Common mode interference

ในแชนเนลนี้ การลดลงของ Ic จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในโหมดทั่วไปในวงจรกระแสแบบอนุกรม ซึ่งจะส่งผลต่อส่วนรับ หากสนามแม่เหล็กเด่น ค่าของแรงดันไฟโหมดทั่วไปที่สร้างขึ้นในลูปกราวด์แบบอนุกรมคือ:

แรงดันไฟโหมดทั่วไป

ในสูตร (1) ΔB คือการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็ก Wb/m2; S คือพื้นที่ m2

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

แรงดันไฟฟ้าอุปนัย

สมการ (2) โดยทั่วไปใช้กับ L=150/F หรือน้อยกว่า โดยที่ F คือความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในหน่วย MHz

ประสบการณ์ของผู้เขียนคือ: หากเกินขีดจำกัดนี้ การคำนวณแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุดจะลดความซับซ้อนลงได้ดังนี้

แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำสูงสุด

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) การรบกวนระหว่างสาย หมายถึงการรบกวนระหว่างสายไฟ เมื่อมีประจุ C ร่วมกันและตัวเหนี่ยวนำร่วม M1-2 ระหว่างวงจรขนานสองวงจรที่ต่างกัน หากมีแรงดันไฟฟ้า VC และ IC กระแสไฟในวงจรแหล่งสัญญาณรบกวน วงจรรบกวนจะปรากฏขึ้น:

A. แรงดันไฟฟ้าที่ควบคู่ผ่านอิมพีแดนซ์ capacitive is

แรงดันควบคู่ไปกับอิมพีแดนซ์ capacitive

ในสูตร (4) RV คือค่าขนานของความต้านทานใกล้ปลายและความต้านทานปลายสุดของวงจรรบกวน

B. ความต้านทานแบบอนุกรมผ่านคัปปลิ้งอุปนัย

ความต้านทานอนุกรมผ่านคัปปลิ้งอุปนัย

หากมีสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปในแหล่งสัญญาณรบกวน โดยทั่วไปการรบกวนแบบบรรทัดต่อบรรทัดจะอยู่ในรูปแบบของโหมดทั่วไปและโหมดส่วนต่าง

5) ข้อต่อสายไฟ หมายถึงปรากฏการณ์ที่หลังจากสายไฟ AC หรือ DC ถูกรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สายไฟจะส่งการรบกวนไปยังอุปกรณ์อื่น นี่คือสัญญาณรบกวนทางอ้อมของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟไปยังวงจรความถี่สูง ควรสังเกตว่าเสียงของแหล่งจ่ายไฟไม่จำเป็นต้องสร้างขึ้นเอง แต่อาจเป็นเสียงที่เกิดจากการรบกวนจากภายนอก จากนั้นจึงนำเสียงนี้มาซ้อนทับกับเสียงที่สร้างขึ้นเอง (การแผ่รังสีหรือการนำไฟฟ้า) เพื่อรบกวนวงจรอื่นๆ หรืออุปกรณ์ต่างๆ

มาตรการรับมือเพื่อขจัดสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ

ในแง่ของอาการและสาเหตุของสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟที่วิเคราะห์ข้างต้น สภาวะที่เกิดขึ้นสามารถถูกทำลายในลักษณะที่เป็นเป้าหมาย และสามารถระงับสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีแก้ปัญหามีดังนี้ 1) ให้ความสนใจกับรูทะลุบนกระดาน รูทะลุต้องมีการเปิดบนชั้นพลังงานเพื่อทำการแกะสลักเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับรูทะลุผ่าน หากการเปิดชั้นพลังงานใหญ่เกินไป มันจะส่งผลกระทบต่อวงจรสัญญาณอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สัญญาณจะถูกบังคับให้เลี่ยงผ่าน พื้นที่วนรอบจะเพิ่มขึ้น และสัญญาณรบกวนจะเพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน ถ้าเส้นสัญญาณบางเส้นมีความเข้มข้นใกล้กับช่องเปิดและใช้ลูปนี้ร่วมกัน อิมพีแดนซ์ทั่วไปจะทำให้เกิดการครอสทอล์ค ดูรูปที่ 3

บายพาสเส้นทางทั่วไปของวงจรสัญญาณ

2) ต้องใช้สายกราวด์เพียงพอสำหรับสายเชื่อมต่อ แต่ละสัญญาณจำเป็นต้องมีลูปสัญญาณเฉพาะของตัวเอง และพื้นที่ลูปของสัญญาณและลูปมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ กล่าวคือ สัญญาณและลูปต้องขนานกัน

3) วางตัวกรองสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ มันสามารถระงับเสียงรบกวนภายในแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงการป้องกันการรบกวนและความปลอดภัยของระบบ และเป็นตัวกรองคลื่นความถี่วิทยุแบบสองทางซึ่งไม่เพียงแต่กรองสัญญาณรบกวนที่นำออกจากสายไฟเท่านั้น (เพื่อป้องกันการรบกวนจากอุปกรณ์อื่นๆ) แต่ยังกรองสัญญาณรบกวนที่สร้างขึ้นเองด้วย (เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนกับอุปกรณ์อื่นๆ ) และรบกวนโหมดทั่วไปของโหมดซีเรียล ทั้งสองมีผลยับยั้ง

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) ตัวควบคุมการจ่ายไฟ การจัดหาแหล่งจ่ายไฟที่สะอาดขึ้นอีกครั้งสามารถลดระดับเสียงของแหล่งจ่ายไฟได้อย่างมาก

6) การเดินสายไฟ ไม่ควรวางสายอินพุตและเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟบนขอบของไดอิเล็กทริก มิฉะนั้นจะสร้างรังสีได้ง่ายและรบกวนวงจรหรืออุปกรณ์อื่นๆ

7) ควรแยกแหล่งจ่ายไฟอนาล็อกและดิจิตอล อุปกรณ์ความถี่สูงโดยทั่วไปมีความไวต่อสัญญาณรบกวนดิจิตอลมาก ดังนั้นควรแยกทั้งสองและเชื่อมต่อเข้าด้วยกันที่ทางเข้าของแหล่งจ่ายไฟ หากสัญญาณจำเป็นต้องขยายทั้งชิ้นส่วนอนาล็อกและดิจิตอล สามารถวางลูปที่ช่วงสัญญาณเพื่อลดพื้นที่ลูปได้ ดังแสดงในรูปที่ 4

วางลูปที่สัญญาณข้ามเพื่อลดพื้นที่ลูป

8) หลีกเลี่ยงการทับซ้อนกันของแหล่งจ่ายไฟที่แยกจากกันระหว่างชั้นต่างๆ โซเซพวกเขาให้มากที่สุด มิฉะนั้นเสียงของแหล่งจ่ายไฟจะถูกจับคู่ได้อย่างง่ายดายผ่านความจุกาฝาก

9) แยกส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน ส่วนประกอบบางอย่าง เช่น เฟสล็อกลูป (PLL) มีความไวต่อสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟมาก เก็บให้ห่างจากแหล่งจ่ายไฟให้มากที่สุด

10) วางสายไฟ เพื่อลดสัญญาณรบกวน สามารถลดสัญญาณรบกวนได้โดยการวางสายไฟไว้ที่ขอบของสายสัญญาณ ดังแสดงในรูปที่ 5

วางสายไฟไว้ข้างสายสัญญาณ

11) เพื่อป้องกันไม่ให้เสียงของแหล่งจ่ายไฟรบกวนแผงวงจรและเสียงสะสมที่เกิดจากการรบกวนจากภายนอกไปยังแหล่งจ่ายไฟ ตัวเก็บประจุบายพาสสามารถเชื่อมต่อกับกราวด์ในเส้นทางการรบกวน (ยกเว้นการแผ่รังสี) เพื่อให้ เสียงรบกวนสามารถข้ามไปที่พื้นเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนอุปกรณ์และอุปกรณ์อื่น ๆ

เสียงของแหล่งจ่ายไฟเกิดขึ้นโดยตรงหรือโดยอ้อมจากแหล่งจ่ายไฟและรบกวนวงจร เมื่อระงับผลกระทบต่อวงจรควรปฏิบัติตามหลักการทั่วไป ในอีกด้านหนึ่ง ควรป้องกันเสียงของแหล่งจ่ายไฟให้มากที่สุด ในทางกลับกัน อิทธิพลของวงจรก็ควรลดอิทธิพลของโลกภายนอกหรือวงจรบนแหล่งจ่ายไฟให้น้อยที่สุดด้วย เพื่อไม่ให้เสียงของแหล่งจ่ายไฟแย่ลง