Trong thiết kế của PCB hội đồng quản trị, với sự gia tăng nhanh chóng của tần số, sẽ có rất nhiều nhiễu khác với bảng mạch PCB tần số thấp. Hơn nữa, với sự gia tăng của tần số và sự mâu thuẫn giữa việc thu nhỏ và chi phí thấp của bảng mạch PCB, những nhiễu này sẽ ngày càng trở nên phức tạp hơn.

Trong quá trình nghiên cứu thực tế, chúng tôi có thể kết luận rằng có XNUMX khía cạnh chính của nhiễu, bao gồm nhiễu nguồn điện, nhiễu đường truyền, ghép nối và nhiễu điện từ (EMI). Thông qua việc phân tích các vấn đề nhiễu khác nhau của PCB tần số cao và kết hợp với thực tiễn trong công việc, các giải pháp hiệu quả được đưa ra.

Đầu tiên, nguồn cung cấp tiếng ồn

Trong mạch tần số cao, tiếng ồn của nguồn cung cấp có ảnh hưởng rõ ràng đến tín hiệu tần số cao. Do đó, yêu cầu đầu tiên của bộ nguồn là độ ồn thấp. Sàn sạch cũng quan trọng như điện sạch. Tại sao? Các đặc tính công suất được thể hiện trong Hình 1. Rõ ràng, bộ nguồn có một trở kháng nhất định, và trở kháng được phân bổ trên toàn bộ bộ nguồn, do đó, nhiễu sẽ được thêm vào bộ nguồn.

Then we should minimize the impedance of the power supply, so it is best to have a dedicated power supply layer and grounding layer. Trong thiết kế mạch hf, tốt hơn nhiều nên thiết kế nguồn điện dưới dạng một lớp hơn là một bus trong hầu hết các trường hợp, sao cho vòng lặp luôn có thể đi theo con đường có trở kháng tối thiểu.

Ngoài ra, bo mạch nguồn phải cung cấp một vòng lặp tín hiệu cho tất cả các tín hiệu được tạo và nhận trên PCB. Điều này giảm thiểu vòng lặp tín hiệu và do đó giảm nhiễu, điều mà các nhà thiết kế mạch tần số thấp thường bỏ qua.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 1: Đặc tính công suất

Có một số cách để loại bỏ nhiễu nguồn trong thiết kế PCB:

1. Note the through hole on the board: the through hole requires etched openings on the power supply layer to leave space for the through hole to pass through. Nếu độ mở của lớp cấp nguồn quá lớn, nó nhất định sẽ ảnh hưởng đến vòng lặp tín hiệu, tín hiệu buộc phải bỏ qua, diện tích vòng lặp tăng và nhiễu tăng. At the same time, if several signal lines are clustered near the opening and share the same loop, the common impedance will cause crosstalk. Xem Hình 2.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 2: Đường đi chung của vòng lặp tín hiệu rẽ nhánh

2. Đường kết nối cần có đủ mặt đất: mỗi tín hiệu cần có vòng lặp tín hiệu độc quyền của riêng nó, 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. Bộ cấp nguồn analog và kỹ thuật số để tách biệt: các thiết bị tần số cao nói chung rất nhạy cảm với nhiễu kỹ thuật số, vì vậy hai thiết bị này nên được tách biệt, kết nối với nhau ở lối vào của nguồn điện, nếu tín hiệu qua các phần tương tự và kỹ thuật số của từ, có thể được đặt trong tín hiệu qua một vòng lặp để giảm diện tích vòng lặp. Khoảng kỹ thuật số-tương tự được sử dụng cho vòng tín hiệu được thể hiện trong Hình 3.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 3: Khoảng kỹ thuật số – tương tự cho vòng lặp tín hiệu

4. Tránh chồng chéo các bộ nguồn riêng biệt giữa các lớp: nếu không nhiễu mạch có thể dễ dàng đi qua khớp nối điện dung ký sinh.

5. Cô lập các thành phần nhạy cảm: chẳng hạn như PLL.

6. Đặt cáp nguồn: Để giảm vòng lặp tín hiệu, hãy đặt cáp nguồn trên mép của đường tín hiệu để giảm nhiễu, như trong Hình 4.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 4: Đặt dây nguồn bên cạnh đường tín hiệu

Two, transmission line

Chỉ có hai đường truyền khả thi trong PCB:

Vấn đề lớn nhất của dòng ruy-băng và dòng vi sóng là sự phản chiếu. Phản xạ sẽ gây ra nhiều vấn đề. Ví dụ, tín hiệu tải sẽ là sự chồng chất của tín hiệu gốc và tín hiệu dội lại, điều này sẽ làm tăng độ khó của việc phân tích tín hiệu. Sự phản xạ gây ra suy hao hồi lưu (mất mát trở lại), ảnh hưởng xấu đến tín hiệu như nhiễu phụ gia:

1. Tín hiệu bị phản xạ trở lại nguồn tín hiệu sẽ làm tăng nhiễu của hệ thống, khiến người nhận khó phân biệt được nhiễu với tín hiệu;

2. Any reflected signal will basically degrade the signal quality and change the shape of the input signal. Generally speaking, the solution is mainly impedance matching (for example, the impedance of the interconnection should very match the impedance of the system), but sometimes the calculation of impedance is more troublesome, you can refer to some transmission line impedance calculation software. The methods of eliminating transmission line interference in PCB design are as follows:

(a) Tránh gián đoạn trở kháng của đường truyền. Điểm trở kháng không liên tục là điểm đột biến đường truyền, chẳng hạn như góc thẳng, qua lỗ, v.v., nên tránh càng xa càng tốt. Phương pháp: Để tránh các góc thẳng của đường thẳng, càng xa càng tốt để đi 45 ° Góc hoặc vòng cung, Góc lớn cũng có thể được; Sử dụng càng ít lỗ xuyên càng tốt, bởi vì mỗi lỗ xuyên là một gián đoạn trở kháng, như thể hiện trong Hình. 5; Signals from the outer layer avoid passing through the inner layer and vice versa.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Figure 5: Method for eliminating transmission line interference

(b) Không sử dụng dây cọc. Vì bất kỳ dòng cọc nào cũng là nguồn gây ra tiếng ồn. Nếu đường dây cọc ngắn thì có thể đấu nối vào cuối đường dây; Nếu đường cọc dài, nó sẽ lấy đường truyền chính làm nguồn và tạo ra phản xạ lớn, điều này sẽ làm phức tạp thêm vấn đề. Khuyến cáo không nên sử dụng nó.

Thứ ba, khớp nối

1. Ghép trở kháng chung: là một kênh ghép chung, tức là nguồn nhiễu và thiết bị bị nhiễu thường dùng chung một số dây dẫn (chẳng hạn như nguồn điện mạch vòng, bus và nối đất chung), như trong Hình 6.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 6: Khớp nối trở kháng chung

In this channel, the drop back of the Ic causes a common-mode voltage in the series current loop, affecting the receiver.

2. The field common-mode coupling will cause the radiation source to cause common-mode voltages in the loop formed by the interfered circuit and on the common reference surface.

Nếu từ trường chiếm ưu thế thì giá trị của điện áp chế độ chung tạo ra trong mạch nối tiếp đất là Vcm = – (△ B / △ t) * diện tích (trong đó △ B = cường độ cảm ứng từ thay đổi). Nếu là trường điện từ, khi biết giá trị điện trường của nó thì hiệu điện thế cảm ứng của nó: Vcm = (L * H * F * E) / 48, công thức phù hợp với L (m) = 150MHz, ngoài giới hạn này, việc tính điện áp cảm ứng cực đại có thể được đơn giản hóa là: Vcm = 2 * H * E.

3. Ghép trường chế độ vi phân: đề cập đến bức xạ trực tiếp của cặp dây hoặc bảng mạch trên dây dẫn và cảm ứng vòng lặp của nó nhận được. If you get as close to the two wires as possible. Sự ghép nối này được giảm thiểu rất nhiều, vì vậy hai dây có thể được xoắn lại với nhau để giảm nhiễu.

4. Inter-line coupling (crosstalk) can cause unwanted coupling between any line or parallel circuit, which will greatly damage the performance of the system. Its type can be divided into capacitive crosstalk and perceptual crosstalk.

The former is because the parasitic capacitance between the lines makes the noise on the noise source coupled to the noise receiving line through current injection. Loại thứ hai có thể được coi là sự ghép nối các tín hiệu giữa các giai đoạn sơ cấp của một máy biến áp ký sinh không mong muốn. Kích thước của nhiễu xuyên âm cảm ứng phụ thuộc vào độ gần của hai vòng lặp, kích thước của vùng vòng lặp và trở kháng của tải bị ảnh hưởng.

5. Khớp nối cáp nguồn: Cáp nguồn xoay chiều hoặc DC bị nhiễu điện từ

Chuyển sang các thiết bị khác.

Có một số cách để loại bỏ nhiễu xuyên âm trong thiết kế PCB:

1. Cả hai loại nhiễu xuyên âm đều tăng cùng với sự gia tăng của trở kháng tải, vì vậy các đường tín hiệu nhạy cảm với nhiễu do nhiễu xuyên âm nên được kết thúc đúng cách.

2. Tối đa hóa khoảng cách giữa các đường tín hiệu để giảm nhiễu xuyên âm điện dung một cách hiệu quả. Quản lý nối đất, khoảng cách giữa các dây dẫn (chẳng hạn như đường dây tín hiệu hoạt động và đường dây nối đất để cách ly, đặc biệt là trong trạng thái nhảy giữa đường dây tín hiệu và mặt đất đến khoảng thời gian) và giảm độ tự cảm của dây dẫn.

3. Nhiễu xuyên âm điện dung cũng có thể được giảm thiểu một cách hiệu quả bằng cách chèn một dây nối đất vào giữa các đường tín hiệu liền kề, dây này phải được kết nối với hình thành mỗi phần tư bước sóng.

4. Đối với nhiễu xuyên âm hợp lý, khu vực vòng lặp nên được giảm thiểu và nếu được phép, vòng lặp nên được loại bỏ.

5. Tránh các vòng lặp chia sẻ tín hiệu.

6. Chú ý đến tính toàn vẹn của tín hiệu: nhà thiết kế nên thực hiện các kết thúc trong quá trình hàn để giải quyết tính toàn vẹn của tín hiệu. Các nhà thiết kế sử dụng cách tiếp cận này có thể tập trung vào chiều dài microstrip của lá đồng che chắn để có được hiệu suất tốt về tính toàn vẹn của tín hiệu. Đối với các hệ thống có các đầu nối dày đặc trong cấu trúc giao tiếp, nhà thiết kế có thể sử dụng PCB làm thiết bị đầu cuối.

Bốn, nhiễu điện từ

As the speed increases, EMI becomes more and more serious and presents in many aspects (such as electromagnetic interference at interconnects). High-speed devices are particularly sensitive to this and will receive high-speed spurious signals, while low-speed devices will ignore such spurious signals.

Có một số cách để loại bỏ nhiễu điện từ trong thiết kế PCB:

1. Giảm vòng lặp: Mỗi vòng lặp tương đương với một anten, vì vậy chúng ta cần giảm thiểu số vòng lặp, diện tích các vòng lặp và hiệu ứng anten của các vòng lặp. Make sure the signal has only one loop path at any two points, avoid artificial loops and use the power layer whenever possible.

2. Lọc: Lọc có thể được sử dụng để giảm EMI trên cả đường dây điện và đường dây tín hiệu. Có ba phương pháp: tách tụ điện, bộ lọc EMI và phần tử từ tính. Bộ lọc EMI được hiển thị trong Hình 7.

Thiết kế PCB tần số cao xảy ra các giải pháp gây nhiễu

Hình 7: Các loại bộ lọc

3. Sự che chắn. Do độ dài của vấn đề cộng với nhiều bài báo thảo luận khiên cưỡng, không còn giới thiệu cụ thể.

4. Giảm tốc độ của các thiết bị tần số cao.

5. Tăng hằng số điện môi của bảng mạch PCB, có thể ngăn các bộ phận tần số cao như đường truyền gần bảng bức xạ ra bên ngoài; Increase the thickness of PCB board, minimize the thickness of microstrip line, can prevent electromagnetic line spillover, can also prevent radiation.

Tại thời điểm này, chúng ta có thể kết luận rằng trong thiết kế PCB hf, chúng ta nên tuân theo các nguyên tắc sau:

1. Sự thống nhất và ổn định của nguồn điện và mặt đất.

2. Hệ thống dây điện được xem xét cẩn thận và đầu cuối thích hợp có thể loại bỏ phản xạ.

3. Hệ thống dây điện được xem xét cẩn thận và đầu cuối thích hợp có thể làm giảm nhiễu xuyên âm điện dung và cảm ứng.

4. Khử nhiễu được yêu cầu để đáp ứng các yêu cầu của EMC.