In PCB tần số cao bo mạch, một loại nhiễu quan trọng hơn là nhiễu nguồn điện. Bằng cách phân tích một cách có hệ thống các đặc điểm và nguyên nhân của nhiễu nguồn trên bo mạch PCB tần số cao, tác giả đưa ra một số giải pháp rất hiệu quả và đơn giản kết hợp với các ứng dụng kỹ thuật.

Phân tích tiếng ồn cung cấp điện

Tiếng ồn của nguồn điện là tiếng ồn do chính nguồn điện tạo ra hoặc do nhiễu loạn gây ra. Sự can thiệp được thể hiện ở các khía cạnh sau:

1) Nhiễu phân tán gây ra bởi trở kháng vốn có của chính nguồn điện. Trong các mạch tần số cao, nhiễu nguồn điện có tác động lớn hơn đến các tín hiệu tần số cao. Do đó, đầu tiên cần phải có một bộ nguồn có độ ồn thấp. Một mặt bằng sạch cũng quan trọng như một nguồn điện sạch. Đặc tính công suất được thể hiện như trong Hình 1.

Dạng sóng điện

Như hình 1 có thể thấy, bộ nguồn trong điều kiện lý tưởng không có trở kháng nên không có nhiễu. Tuy nhiên, bộ nguồn thực tế có một trở kháng nhất định và trở kháng được phân bổ trên toàn bộ bộ nguồn, do đó, nhiễu cũng sẽ được chồng lên bộ nguồn. Vì vậy, trở kháng của bộ nguồn nên giảm càng nhiều càng tốt, và tốt nhất nên có lớp nguồn và lớp nối đất chuyên dụng. Trong thiết kế mạch tần số cao, thông thường nên thiết kế bộ nguồn ở dạng lớp hơn là dạng bus, để mạch vòng luôn có thể đi theo đường dẫn với trở kháng nhỏ nhất. Ngoài ra, bo mạch nguồn cũng phải cung cấp một vòng lặp tín hiệu cho tất cả các tín hiệu được tạo và nhận trên PCB, để vòng lặp tín hiệu có thể được giảm thiểu, từ đó giảm nhiễu.

2) Nhiễu trường phương thức chung. Đề cập đến tiếng ồn giữa nguồn điện và mặt đất. Nó là nhiễu gây ra bởi điện áp chế độ chung gây ra bởi vòng lặp được hình thành bởi mạch giao thoa và bề mặt tham chiếu chung của một nguồn điện nhất định. Giá trị của nó phụ thuộc vào điện trường và từ trường tương đối. Sức mạnh phụ thuộc vào sức mạnh. Như trong hình 2.

Nhiễu chế độ chung

Trên kênh này, Ic sụt giảm sẽ gây ra điện áp chế độ chung trong vòng dòng nối tiếp, điều này sẽ ảnh hưởng đến phần nhận. Nếu từ trường chiếm ưu thế thì giá trị của điện áp chế độ chung tạo ra trong mạch nối tiếp đất là:

Điện áp chế độ chung

Trong công thức (1), ΔB là sự thay đổi mật độ từ thông, Wb / m2; S là diện tích, m2.

Nếu là trường điện từ, khi biết giá trị điện trường của nó thì hiệu điện thế cảm ứng của nó là

Điện áp cảm ứng

Công thức (2) thường áp dụng cho L = 150 / F trở xuống, trong đó F là tần số của sóng điện từ tính bằng MHz.

Kinh nghiệm của tác giả là: Nếu vượt quá giới hạn này, việc tính toán điện áp cảm ứng tối đa có thể được đơn giản hóa thành:

Điện áp cảm ứng tối đa

3) Nhiễu trường chế độ vi sai. Đề cập đến sự giao thoa giữa nguồn điện và đường dây điện đầu vào và đầu ra. Trong thiết kế PCB thực tế, tác giả nhận thấy tỷ trọng của nó trong nhiễu bộ nguồn là rất nhỏ nên không cần bàn đến ở đây.

4) Giao thoa giữa các dòng. Đề cập đến sự giao thoa giữa các đường dây điện. Khi giữa hai đoạn mạch song song khác nhau có điện dung C và độ tự cảm lẫn nhau M1-2, nếu trong mạch nguồn giao thoa có điện áp VC và dòng điện IC thì trong mạch nguồn giao thoa sẽ xuất hiện:

A. Điện áp ghép qua trở kháng điện dung là

Điện áp kết hợp với trở kháng điện dung

Trong công thức (4), RV là giá trị song song của điện trở đầu cuối và điện trở đầu cuối của đoạn mạch xen kẽ.

B. Điện trở nối tiếp thông qua ghép cảm ứng

Dòng điện trở thông qua khớp nối cảm ứng

Nếu có nhiễu phương thức chung trong nguồn gây nhiễu, nhiễu đường dây thường có dạng chế độ chung và chế độ vi phân.

5) Khớp nối đường dây điện. Nó đề cập đến hiện tượng sau khi dây nguồn AC hoặc DC bị nhiễu điện từ, dây nguồn sẽ truyền nhiễu đến các thiết bị khác. Đây là sự can thiệp gián tiếp của nhiễu nguồn cung cấp cho mạch cao tần. Cần lưu ý rằng tiếng ồn của bộ nguồn không nhất thiết phải do chính nó tạo ra mà còn có thể là tiếng ồn do can thiệp bên ngoài gây ra, sau đó chồng tiếng ồn này với tiếng ồn do chính nó tạo ra (bức xạ hoặc dẫn điện) để gây nhiễu cho các mạch khác. hoặc các thiết bị.

Các biện pháp đối phó để loại bỏ nhiễu nhiễu nguồn điện

Theo các biểu hiện và nguyên nhân khác nhau của nhiễu nguồn cung cấp điện được phân tích ở trên, các điều kiện mà nó xảy ra có thể bị phá hủy một cách có mục tiêu và nhiễu do nhiễu nguồn cung cấp có thể được triệt tiêu một cách hiệu quả. Các giải pháp như sau: 1) Chú ý đến các lỗ xuyên qua trên bảng. Lỗ xuyên qua yêu cầu phải khắc lỗ trên lớp nguồn để tạo khoảng trống cho lỗ xuyên qua. Nếu độ hở của tầng công suất quá lớn, chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến vòng tín hiệu, tín hiệu sẽ bị cưỡng bức bỏ qua, diện tích vòng lặp tăng, nhiễu tăng. Đồng thời, nếu một số đường tín hiệu tập trung gần lỗ mở và chia sẻ vòng lặp này, trở kháng chung sẽ gây ra nhiễu xuyên âm. Xem Hình 3.

Bỏ qua đường dẫn chung của mạch tín hiệu

2) Cần có đủ dây nối đất cho các dây kết nối. Mỗi tín hiệu cần có vòng lặp tín hiệu chuyên dụng riêng, và diện tích vòng lặp của tín hiệu và vòng lặp càng nhỏ càng tốt, nghĩa là tín hiệu và vòng lặp phải song song.

3) Đặt bộ lọc nhiễu nguồn điện. Nó có thể triệt tiêu tiếng ồn bên trong nguồn điện một cách hiệu quả và cải thiện khả năng chống nhiễu và an toàn của hệ thống. Và nó là một bộ lọc tần số vô tuyến hai chiều, không chỉ có thể lọc nhiễu nhiễu được đưa vào từ đường dây điện (để ngăn nhiễu từ các thiết bị khác), mà còn lọc nhiễu do chính nó tạo ra (để tránh nhiễu với các thiết bị khác ), và can thiệp vào chế độ chung của chế độ nối tiếp. Cả hai đều có tác dụng ức chế.

4) Máy biến áp cách ly nguồn. Tách riêng vòng nguồn hoặc vòng nối đất chế độ chung của cáp tín hiệu, nó có thể cách ly hiệu quả dòng điện vòng chế độ chung được tạo ra ở tần số cao.

5) Bộ điều chỉnh nguồn điện. Lấy lại nguồn điện sạch hơn có thể làm giảm đáng kể độ ồn của nguồn điện.

6) Hệ thống dây điện. Các đường đầu vào và đầu ra của bộ nguồn không được đặt trên mép của bảng điện môi, nếu không sẽ dễ sinh ra bức xạ và gây nhiễu cho các mạch điện hoặc thiết bị khác.

7) Nguồn điện tương tự và kỹ thuật số nên được tách biệt. Các thiết bị tần số cao thường rất nhạy cảm với nhiễu kỹ thuật số, vì vậy hai thiết bị này nên được tách biệt và kết nối với nhau ở lối vào của nguồn điện. Nếu tín hiệu cần trải dài cả phần tương tự và phần kỹ thuật số, một vòng lặp có thể được đặt tại khoảng tín hiệu để giảm diện tích vòng lặp. Như hình 4.

Đặt một vòng lặp ở nơi giao nhau của tín hiệu để giảm diện tích vòng lặp

8) Tránh chồng chéo các bộ nguồn riêng biệt giữa các lớp khác nhau. Hãy đặt chúng càng nhiều càng tốt, nếu không tiếng ồn của nguồn điện rất dễ kết hợp với nhau thông qua điện dung ký sinh.

9) Cách ly các thành phần nhạy cảm. Một số thành phần, chẳng hạn như vòng lặp khóa pha (PLL), rất nhạy cảm với nhiễu nguồn điện. Giữ chúng càng xa nguồn điện càng tốt.

10) Đặt dây nguồn. Để giảm vòng lặp tín hiệu, có thể giảm nhiễu bằng cách đặt đường dây nguồn trên mép của đường dây tín hiệu, như trong Hình 5.

Đặt dây nguồn bên cạnh dây tín hiệu

11) Để ngăn tiếng ồn của nguồn điện gây nhiễu bảng mạch và tiếng ồn tích lũy do nhiễu bên ngoài đối với nguồn điện, một tụ điện rẽ nhánh có thể được nối với đất trong đường giao thoa (trừ bức xạ), sao cho tiếng ồn có thể được truyền xuống đất để tránh gây nhiễu cho các thiết bị và thiết bị khác.

Nguồn điện nhiễu trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra từ nguồn điện và gây nhiễu cho mạch điện. Khi triệt tiêu tác động của nó lên mạch, cần tuân theo một nguyên tắc chung. Một mặt, tiếng ồn của nguồn điện phải được ngăn chặn càng nhiều càng tốt. Mặt khác, ảnh hưởng của mạch cũng cần hạn chế tối đa ảnh hưởng của thế giới bên ngoài hoặc của mạch đối với bộ nguồn, để không làm nhiễu bộ nguồn trở nên trầm trọng hơn.