PCB设计中电源噪声的分析与对策

由电源固有阻抗引起的分布噪声。 在高频电路中,电源噪声对高频信号的影响较大。 因此,首先需要低噪声电源。 干净的地面与干净的电源一样重要; 共模场干扰。 指电源与地之间的噪声。 它是由被干扰电路与某个电源的公共参考面形成的环路引起的共模电压引起的干扰。 其值取决于相对电场和磁场。 实力取决于实力。

In 高频PCB,更重要的干扰类型是电源噪声。 通过系统分析高频PCB板上电源噪声的特点及产生原因,结合工程应用,提出了一些非常有效且简单的解决方案。

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电源噪声分析

电源噪声是指电源本身产生的或由干扰引起的噪声。 干扰表现在以下几个方面:

1) 电源本身固有阻抗引起的分布噪声。 在高频电路中,电源噪声对高频信号的影响较大。 因此,首先需要低噪声电源。 干净的地面与干净的电源一样重要。

理想情况下,电源没有阻抗,因此没有噪声。 但是实际的电源是有一定的阻抗的,阻抗分布在整个电源上。 因此,噪声也会叠加在电源上。 因此,应尽可能降低电源的阻抗,最好有专用的电源层和接地层。 在高频电路设计中,一般将电源设计成层状而不是总线状,这样环路可以始终沿着阻抗最小的路径走。 此外,电源板还必须为PCB上所有产生和接收的信号提供一个信号回路,使信号回路最小化,从而降低噪声。

2) 电源线耦合。 是指交流或直流电源线受到电磁干扰后,电源线将干扰传递给其他设备的现象。 这是电源噪声对高频电路的间接干扰。 需要注意的是,电源的噪声不一定是自身产生的,也可能是外界干扰引起的噪声,然后将此噪声与自身产生的噪声(辐射或传导)叠加以干扰其他电路或设备。

3) 共模场干扰。 指电源与地之间的噪声。 它是由被干扰电路与某个电源的公共参考面形成的环路引起的共模电压引起的干扰。 其值取决于相对电场和磁场。 实力取决于实力。

在该通道上,Ic 的下降会导致串联电流回路中出现共模电压,从而影响接收部分。 如果磁场占优势,则串联接地回路中产生的共模电压值为:

Vcm = — (△B/△t) × S (1) 式(1)中的ΔB为磁感应强度的变化,Wb/m2; S 是面积,m2。

如果是电磁场,当其电场值已知时,其感应电压为:

Vcm = (L×h×F×E/48) (2)

等式(2)通常适用于 L=150/F 或更低,其中 F 是电磁波的频率,以 MHz 为单位。

如果超过这个限制,最大感应电压的计算可以简化为:

Vcm = 2×h×E (3) 3) 差模场干扰。 指电源与输入输出电源线之间的干扰。 在实际的PCB设计中,笔者发现它在电源噪声中的比重很小,这里就不用讨论了。

4) 线间干扰。 指电力线之间的干扰。 当两个不同的并联电路之间存在互电容C和互感M1-2时,如果干扰源电路中有电压VC和电流IC,就会出现被干扰电路:

一种。 通过电容阻抗耦合的电压为

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t (4)

式(4)中,Rv为被干扰电路近端电阻与远端电阻的并联值。

湾通过电感耦合串联电阻

V = M1-2*△Ic/△t (5)

如果干扰源中存在共模噪声,线间干扰一般有共模和差模两种形式。

消除电源噪声干扰的对策

针对以上分析的电源噪声干扰的不同表现形式和原因,可以有针对性地破坏它们发生的条件,有效抑制电源噪声的干扰。 解决方法是:

1) 注意板上的通孔。 通孔需要在要蚀刻的电源层上开一个开口,为通孔留出空间。 如果电源层开度过大,必然会影响信号环路,信号会被强制旁路,环路面积增大,噪声增大。 同时,如果一些信号线集中在开口附近并共享该环路,公共阻抗会引起串扰。

2) 放置电源噪声滤波器。 能有效抑制电源内部的噪声,提高系统的抗干扰性和安全性。 而且是双向射频滤波器,既可以滤除从电源线引入的噪声干扰(防止其他设备干扰),也可以滤除自身产生的噪声(避免干扰其他设备) ),并干扰串行模式共模。 两者都有抑制作用。

3) 电源隔离变压器。 将信号电缆的电源回路或共模地回路分开,可以有效隔离高频产生的共模回路电流。

4) 电源稳压器。 重新获得更清洁的电源可以大大降低电源的噪音水平。

5) 接线。 电源的输入输出线不要敷设在介质板的边缘,否则容易产生辐射,干扰其他电路或设备。

6) 独立的模拟和数字电源。 高频器件一般对数字噪声非常敏感,因此在电源入口处应将两者分开并连接在一起。 如果信号需要跨越模拟和数字部分,可以在信号跨度处放置一个环路以减少环路面积。

7) 避免不同层之间单独的电源重叠。 尽量错开,否则电源噪声很容易通过寄生电容耦合。

8) 隔离敏感元件。 某些组件,例如锁相环 (PLL),对电源噪声非常敏感。 使它们尽可能远离电源。

9) 连接线需要足够的地线。 每个信号都需要有自己专用的信号环路,信号和环路的环路面积尽量小,也就是说信号和环路必须是平行的。

10) 放置电源线。 为了减少信号环路,可以通过将电源线放置在信号线的边缘来降低噪声。

11) 为防止电源噪声对电路板的干扰和外部干扰对电源造成的累积噪声,可在干扰路径(辐射除外)接地端接旁路电容,使噪音可以旁路到地面,避免干扰其他设备和装置。

结论

电源噪声直接或间接从电源产生并干扰电路。 在抑制其对电路的影响时,应遵循一般原则。 一方面,应尽可能地防止电源噪声。 电路的影响,另一方面,也要尽量减少外界或电路对电源的影响,以免使电源的噪声恶化。