In високочастотна друкована плата платі, більш важливим видом перешкод є шум блоку живлення. Систематично аналізуючи характеристики та причини шуму потужності на платах високочастотних друкованих плат, автор пропонує кілька дуже ефективних і простих рішень у поєднанні з інженерними додатками.

Analysis of power supply noise

Шум джерела живлення відноситься до шуму, створеного самим джерелом живлення або викликаного перешкодами. Втручання проявляється в наступних аспектах:

1) Розподілений шум, викликаний притаманним імпедансом самого джерела живлення. У високочастотних ланцюгах шум джерела живлення має більший вплив на високочастотні сигнали. Тому спочатку потрібен малошумний блок живлення. Чистий грунт так само важливий, як і чисте джерело енергії. Силова характеристика показана як на рис. 1.

Форма хвилі потужності

Як видно з малюнка 1, блок живлення в ідеальних умовах не має опору, тому немає шуму. Однак фактичний блок живлення має певний опір, і опір розподіляється на весь блок живлення, отже, шум також буде накладатися на блок живлення. Тому імпеданс джерела живлення слід максимально зменшити, і найкраще мати виділений шар живлення та шар заземлення. У розробці високочастотних схем, як правило, краще проектувати джерело живлення у вигляді шару, ніж у вигляді шини, щоб петля завжди могла рухатися по шляху з найменшим опором. Крім того, плата живлення також повинна забезпечувати сигнальну петлю для всіх згенерованих і прийнятих сигналів на друкованій платі, щоб петлю сигналу можна було мінімізувати, тим самим зменшуючи шум.

2) Синфазні польові перешкоди. Відноситься до шуму між джерелом живлення та землею. Це перешкоди, викликані синфазною напругою, викликаною петлею, утвореною ланцюгом перешкод, і загальною опорною поверхнею певного джерела живлення. Його величина залежить від відносного електричного та магнітного поля. Міцність залежить від сили. Як показано на малюнку 2.

Common mode interference

На цьому каналі падіння Ic викличе синфазну напругу в послідовному струмовому контурі, що вплине на приймаючу частину. Якщо магнітне поле є домінуючим, значення синфазної напруги, що створюється в послідовному контурі заземлення, становить:

Синфазна напруга

У формулі (1) ΔB — зміна щільності магнітного потоку, Втб/м2; S – площа, м2.

Якщо це електромагнітне поле, коли відоме значення його електричного поля, його індукована напруга дорівнює

Індуктивна напруга

Рівняння (2) зазвичай застосовується до L=150/F або менше, де F – частота електромагнітних хвиль в МГц.

Досвід автора свідчить: якщо ця межа перевищена, розрахунок максимальної індукованої напруги можна спростити до:

Максимальна індукована напруга

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) Міжлінійні перешкоди. Відноситься до перешкод між лініями електропередачі. При наявності взаємної ємності C і взаємної індуктивності M1-2 між двома різними паралельними ланцюгами, якщо в ланцюзі джерела перешкод є напруга VC і струм IC, з’явиться ланцюг, що перешкоджає:

A. Напруга, підключена через ємнісний опір

Напруга, пов’язана через ємнісний опір

У формулі (4) RV є паралельним значенням опору ближнього кінця та опору дальнього кінця кола, що перешкоджає.

B. Послідовний опір через індуктивне сполучення

Послідовний опір через індуктивну зв’язку

Якщо в джерелі перешкод є синфазний шум, інтерференція між лініями зазвичай приймає форму синфазного та диференціального режимів.

5) З’єднання лінії електропередачі. Це стосується явища, що після того, як шнур живлення змінного або постійного струму зазнає електромагнітних перешкод, шнур живлення передає перешкоди іншим пристроям. Це непряме втручання шумів джерела живлення в високочастотну схему. Слід зазначити, що шум джерела живлення не обов’язково створюється сам по собі, але може також бути шумом, викликаним зовнішніми перешкодами, а потім накладати цей шум на шум, створений ним самим (випромінювання або провідність), щоб перешкоджати іншим ланцюгам або пристроїв.

Контрзаходи для усунення шумових перешкод джерел живлення

З огляду на різні прояви та причини шумових перешкод джерел живлення, проаналізованих вище, умови, за яких вони виникають, можуть бути цілеспрямовано знищені, а перешкоди від шуму джерела живлення можуть бути ефективно придушені. Рішення наступні: 1) Зверніть увагу на наскрізні отвори на дошці. Наскрізний отвір вимагає, щоб на шарі живлення було витравлено, щоб залишити простір для проходження наскрізного отвору. Якщо отвір шару живлення буде занадто великим, це неминуче вплине на петлю сигналу, сигнал буде змушений обійти, площа петлі збільшиться, а шум зросте. У той же час, якщо деякі сигнальні лінії зосереджені біля отвору і поділяють цю петлю, загальний опір спричинить перехресні перешкоди. Дивіться малюнок 3.

Обійти загальний шлях сигнального ланцюга

2) Для з’єднувальних проводів необхідна достатня кількість проводів заземлення. Кожен сигнал повинен мати власний виділений сигнальний контур, а площа петлі сигналу і петлі є якомога меншою, тобто сигнал і петля повинні бути паралельними.

3) Встановіть фільтр шуму джерела живлення. Він може ефективно придушити шум всередині блоку живлення та покращити захист від перешкод і безпеку системи. І це двосторонній радіочастотний фільтр, який може не тільки відфільтрувати шумові перешкоди, що вносяться від лінії електропередачі (щоб запобігти перешкодам від іншого обладнання), але й відфільтрувати шум, створений сам (щоб уникнути перешкод для іншого обладнання). ) та перешкоджати загальному режиму послідовного режиму. Обидва мають гальмівну дію.

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) Регулятор живлення. Відновлення більш чистого джерела живлення може значно знизити рівень шуму джерела живлення.

6) Проводка. Вхідні та вихідні лінії блоку живлення не слід прокладати на краю діелектричної плати, інакше легко генерувати випромінювання і створювати перешкоди іншим схемам або обладнанню.

7) Аналоговий і цифровий джерела живлення повинні бути розділені. Високочастотні пристрої, як правило, дуже чутливі до цифрових шумів, тому їх слід розділити та з’єднати разом на вході джерела живлення. Якщо сигнал повинен охоплювати як аналогову, так і цифрову частини, можна розмістити петлю на діапазоні сигналу, щоб зменшити площу петлі. Як показано на малюнку 4.

Розмістіть петлю на перетині сигналу, щоб зменшити площу петлі

8) Уникайте перекриття окремих джерел живлення між різними шарами. Розмістіть їх якомога сильніше, інакше шум джерела живлення легко поєднується через паразитну ємність.

9) Ізолювати чутливі компоненти. Деякі компоненти, такі як петлі фазової автосинхронізації (ФАПЧ), дуже чутливі до шумів джерела живлення. Тримайте їх якомога далі від джерела живлення.

10) Помістіть шнур живлення. Щоб зменшити петлю сигналу, шум можна зменшити, розмістивши лінію живлення на краю сигнальної лінії, як показано на малюнку 5.

Розмістіть шнур живлення біля сигнальної лінії

11) Щоб запобігти перешкоджанню шуму джерела живлення на друкованій платі та накопиченому шуму, викликаному зовнішніми перешкодами в джерелі живлення, можна підключити байпасний конденсатор до землі на шляху перешкод (крім випромінювання), щоб шум можна обійти на землю, щоб уникнути перешкод для іншого обладнання та пристроїв.

Шум джерела живлення прямо чи опосередковано створюється від джерела живлення і заважає схемі. При придушенні його впливу на ланцюг слід дотримуватися загального принципу. З одного боку, шум джерела живлення слід максимально запобігти. Вплив ланцюга, навпаки, також повинен мінімізувати вплив зовнішнього світу або схеми на блок живлення, щоб не погіршувати шум блоку живлення.