In yüksek frekanslı PCB kart, daha önemli bir girişim türü güç kaynağı gürültüsüdür. Yazar, yüksek frekanslı PCB kartlarında güç gürültüsünün özelliklerini ve nedenlerini sistematik olarak analiz ederek, mühendislik uygulamaları ile birlikte bazı çok etkili ve basit çözümler ortaya koymaktadır.

Güç kaynağı gürültüsünün analizi

Güç kaynağı gürültüsü, güç kaynağının kendisi tarafından üretilen veya parazitin neden olduğu gürültüyü ifade eder. Müdahale aşağıdaki yönlerde kendini gösterir:

1) Güç kaynağının kendisinin doğal empedansının neden olduğu dağıtılmış gürültü. Yüksek frekanslı devrelerde, güç kaynağı gürültüsü, yüksek frekanslı sinyaller üzerinde daha büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, önce düşük gürültülü bir güç kaynağı gereklidir. Temiz bir toprak, temiz bir güç kaynağı kadar önemlidir. Güç karakteristiği, Şekil 1’deki gibi gösterilmiştir.

Güç dalga formu

Şekil 1’de görüldüğü gibi ideal koşullar altında güç kaynağının empedansı yoktur, dolayısıyla gürültü de yoktur. Bununla birlikte, gerçek güç kaynağının belirli bir empedansı vardır ve empedans tüm güç kaynağına dağıtılır, bu nedenle güç kaynağında gürültü de üst üste biner. Bu nedenle, güç kaynağının empedansı mümkün olduğunca azaltılmalıdır ve özel bir güç katmanı ve toprak katmanına sahip olmak en iyisidir. Yüksek frekanslı devre tasarımında, güç kaynağını bir veri yolu biçiminden ziyade bir katman biçiminde tasarlamak genellikle daha iyidir, böylece döngü her zaman en düşük empedansla yolu izleyebilir. Ek olarak, güç kartı ayrıca PCB üzerinde üretilen ve alınan tüm sinyaller için bir sinyal döngüsü sağlamalıdır, böylece sinyal döngüsü en aza indirilebilir, böylece gürültü azaltılabilir.

2) Ortak mod alan girişimi. Güç kaynağı ile toprak arasındaki gürültüyü ifade eder. Müdahale edilen devrenin oluşturduğu döngünün ve belirli bir güç kaynağının ortak referans yüzeyinin neden olduğu ortak mod voltajının neden olduğu girişimdir. Değeri, bağıl elektrik alanına ve manyetik alana bağlıdır. Güç, güce bağlıdır. Şekil 2’de gösterildiği gibi.

Ortak mod girişimi

Bu kanalda, Ic’deki bir düşüş, seri akım döngüsünde alıcı kısmı etkileyecek bir ortak mod voltajına neden olacaktır. Manyetik alan baskın ise, seri topraklama döngüsünde üretilen ortak mod voltajının değeri:

Ortak mod voltajı

Formül (1)’de, ΔB manyetik akı yoğunluğundaki değişimdir, Wb/m2; S alandır, m2.

Bir elektromanyetik alan ise, elektrik alan değeri bilindiğinde, indüklenen voltajı

endüktif voltaj

Denklem (2) genellikle L=150/F veya daha azı için geçerlidir; burada F, MHz cinsinden elektromanyetik dalgaların frekansıdır.

Yazarın deneyimi şu şekildedir: Bu sınır aşılırsa, indüklenen maksimum voltajın hesaplanması şu şekilde basitleştirilebilir:

Maksimum indüklenen voltaj

3) Diferansiyel mod alan girişimi. Güç kaynağı ile giriş ve çıkış güç hatları arasındaki girişimi ifade eder. Gerçek PCB tasarımında yazar, güç kaynağı gürültüsündeki oranının çok küçük olduğunu buldu, bu yüzden burada tartışmaya gerek yok.

4) Hatlar arası parazit. Güç hatları arasındaki paraziti ifade eder. İki farklı paralel devre arasında karşılıklı kapasitans C ve karşılıklı endüktans M1-2 olduğunda, girişim kaynağı devresinde voltaj VC ve akım IC varsa, müdahale edilen devre görünecektir:

A. Kapasitif empedans yoluyla bağlanan voltaj,

Kapasitif empedans ile bağlanan voltaj

Formül (4)’te RV, müdahale edilen devrenin yakın uç direnci ve uzak uç direncinin paralel değeridir.

B. Endüktif kuplaj yoluyla seri direnç

Endüktif kuplaj yoluyla seri direnç

Girişim kaynağında ortak mod gürültüsü varsa, hattan hatta girişim genellikle ortak mod ve diferansiyel mod şeklini alır.

5) Güç hattı bağlantısı. AC veya DC güç kablosunun elektromanyetik parazite maruz kalmasından sonra, güç kablosunun paraziti diğer cihazlara iletmesi olgusunu ifade eder. Bu, güç kaynağı gürültüsünün yüksek frekans devresine dolaylı girişimidir. Güç kaynağının gürültüsünün mutlaka kendi kendine üretilmediği, ancak harici parazitin neden olduğu gürültü olabileceği ve daha sonra diğer devrelere müdahale etmek için bu gürültüyü kendi ürettiği gürültüyle (radyasyon veya iletim) üst üste bindirebileceğine dikkat edilmelidir. veya cihazlar.

Güç kaynağı gürültü parazitini ortadan kaldırmak için karşı önlemler

Yukarıda analiz edilen güç kaynağı gürültü parazitinin farklı tezahürleri ve nedenleri göz önüne alındığında, oluştuğu koşullar hedeflenen bir şekilde yok edilebilir ve güç kaynağı gürültüsünün paraziti etkili bir şekilde bastırılabilir. Çözümler aşağıdaki gibidir: 1) Kart üzerindeki açık deliklere dikkat edin. Açık delik, açık deliğin geçmesi için boşluk bırakmak için güç katmanında bir açıklığın oyulmasını gerektirir. Güç katmanının açılması çok büyükse, kaçınılmaz olarak sinyal döngüsünü etkileyecek, sinyal baypas etmeye zorlanacak, döngü alanı artacak ve gürültü artacaktır. Aynı zamanda, bazı sinyal hatları açıklığın yakınında yoğunlaşırsa ve bu döngüyü paylaşırsa, ortak empedans karışmaya neden olacaktır. Şekil 3’e bakın.

Sinyal devresinin ortak yolunu atlayın

2) Bağlantı kabloları için yeterli topraklama kablosu gereklidir. Her sinyalin kendine özel sinyal döngüsüne sahip olması gerekir ve sinyal ve döngünün döngü alanı mümkün olduğunca küçüktür, yani sinyal ve döngü paralel olmalıdır.

3) Bir güç kaynağı gürültü filtresi yerleştirin. Güç kaynağının içindeki gürültüyü etkili bir şekilde bastırabilir ve sistemin parazit önleyici ve güvenliğini iyileştirebilir. Ve sadece güç hattından gelen gürültü girişimini filtreleyemeyen (diğer ekipmanlardan paraziti önlemek için) değil, aynı zamanda kendi ürettiği gürültüyü de filtreleyen (diğer ekipmanlarla paraziti önlemek için) iki yönlü bir radyo frekansı filtresidir. ) ve seri mod ortak moduna müdahale edin. Her ikisinin de engelleyici etkisi vardır.

4) Güç izolasyon transformatörü. Sinyal kablosunun güç döngüsünü veya ortak mod toprak döngüsünü ayırın, yüksek frekansta üretilen ortak mod döngü akımını etkili bir şekilde izole edebilir.

5) Güç kaynağı regülatörü. Daha temiz bir güç kaynağının yeniden kazanılması, güç kaynağının gürültü düzeyini büyük ölçüde azaltabilir.

6) Kablolama. Güç kaynağının giriş ve çıkış hatları, dielektrik levhanın kenarına döşenmemelidir, aksi takdirde radyasyon üretmek ve diğer devrelere veya ekipmanlara müdahale etmek kolaydır.

7) Analog ve dijital güç kaynağı ayrılmalıdır. Yüksek frekanslı cihazlar genellikle dijital gürültüye karşı çok hassastır, bu nedenle ikisi güç kaynağının girişinde ayrılmalı ve birbirine bağlanmalıdır. Sinyalin hem analog hem de dijital parçalara yayılması gerekiyorsa, döngü alanını azaltmak için sinyal aralığına bir döngü yerleştirilebilir. Şekil 4’te gösterildiği gibi.

Döngü alanını azaltmak için sinyal geçişine bir döngü yerleştirin

8) Farklı katmanlar arasında ayrı güç kaynaklarının üst üste binmesini önleyin. Onları mümkün olduğunca şaşırtın, aksi takdirde güç kaynağı gürültüsü parazitik kapasitans ile kolayca birleştirilir.

9) Hassas bileşenleri izole edin. Faz kilitli döngüler (PLL) gibi bazı bileşenler, güç kaynağı gürültüsüne karşı çok hassastır. Bunları güç kaynağından mümkün olduğunca uzak tutun.

10) Güç kablosunu yerleştirin. Sinyal döngüsünü azaltmak için, Şekil 5’te gösterildiği gibi güç hattını sinyal hattının kenarına yerleştirerek gürültü azaltılabilir.

Güç kablosunu sinyal hattının yanına yerleştirin

11) Güç kaynağı gürültüsünün devre kartına karışmasını ve güç kaynağına harici parazitin neden olduğu biriken gürültüyü önlemek için, girişim yolunda (radyasyon hariç) toprağa bir baypas kondansatörü bağlanabilir, böylece Diğer ekipman ve cihazlarla etkileşimi önlemek için gürültü yere atlanabilir.

Güç kaynağı gürültüsü, güç kaynağından doğrudan veya dolaylı olarak üretilir ve devreye müdahale eder. Devre üzerindeki etkisini bastırırken genel bir ilke izlenmelidir. Bir yandan, güç kaynağı gürültüsü mümkün olduğunca önlenmelidir. Öte yandan devrenin etkisi, güç kaynağının gürültüsünü kötüleştirmemek için dış dünyanın veya devrenin güç kaynağı üzerindeki etkisini de en aza indirmelidir.