Analyse og afbødning af strømforsyningsstøj i højfrekvent PCB-designproces

I højfrekvente PCBs, strømforsyningsstøj skiller sig ud som en væsentlig form for interferens. Denne artikel udfører en omfattende analyse af karakteristika og oprindelsen af ​​strømforsyningsstøj i højfrekvente PCB'er og tilbyder praktiske og effektive løsninger baseret på tekniske applikationer.

EN.Analyse af strømforsyningsstøj

Strømforsyningsstøj refererer til den støj, der genereres eller afbrydes af selve strømforsyningen. Denne interferens er tydelig i følgende aspekter:

1. Distribueret støj som følge afiboende impedansaf strømforsyningen. I højfrekvente kredsløb påvirker strømforsyningsstøj højfrekvente signaler betydeligt. Derfor er det oprindelige krav et lavt støjniveaustrømforsyning. Lige så afgørende er ren jord og strømforsyning.

I et ideelt scenario ville strømforsyningen væreimpedansfri, hvilket resulterer i ingen støj. Men i praksis har strømforsyningen en vis impedans, som er fordelt over hele strømforsyningen, hvilket fører til overlejring af støj. Derfor bør der gøres en indsats for at minimere strømforsyningens impedans. Det er at foretrække at have en dedikeret kraftflyogjordplan. I højfrekvenskredsløbsdesign er det generelt mere effektivt at designe strømforsyningen i lag frem for i et busformat, hvilket sikrer, at sløjfen konsekvent følger stien med mindst impedans. Derudover giver strømkortet ensignalsløjfefor alle signaler genereret og modtaget på printkortet, hvorved signalsløjfen minimeres og støj reduceres.

2. Common Mode Field Interference: Denne type interferens vedrører støjen mellem strømforsyningen og jorden. Det opstår fra interferensen forårsaget af en sløjfe dannet af det afbrudte kredsløb og den fælles tilstandsspænding, der er et resultat af den fælles referenceoverflade. Størrelsen afhænger af de relative elektriske og magnetiske felter, og dens intensitet er relativt lav.

I dette scenarie fører faldet i strøm (Ic) til en common-mode spænding i serienstrømsløjfe, der påvirker den modtagende sektion. Hvismagnetisk feltdominerer, er den common mode spænding, der genereres i seriejordsløjfen, givet af formlen:

ΔB i formel (1) repræsenterer ændringen i magnetisk induktionsintensitet, målt i Wb/m²; S angiver arealet i m².

For enelektromagnetisk felt, når elektrisk felt værdien er kendt, er den inducerede spænding givet af ligning (2), som er generelt anvendelig, når L=150/F eller mindre, hvor F repræsentererelektromagnetisk bølgefrekvensi MHz. Hvis denne grænse overskrides, kan beregningen af ​​den maksimale inducerede spænding forenkles som følger:

3. Differential Mode Field Interference: Dette refererer til interferensen mellem strømforsyningen oginput og output strømlednings. I det faktiske PCB-design bemærkede forfatteren, at dets bidrag til strømforsyningsstøj er minimalt og derfor kan udelades her.
4. Interline interferens: Denne type interferens vedrører interferens mellem højspændingsledninger. Når der er gensidig kapacitans (C) og gensidig induktans (M1-2) mellem to forskellige parallelle kredsløb, vil interferensen manifestere sig i det interfererede kredsløb, hvis der er spænding (VC) og strøm (IC) i interferenskildekredsløbet:
   1. Spændingen koblet gennem den kapacitive impedans er givet af ligning (4), hvor RV repræsenterer parallelværdien afnær-ende modstandog denfjernmodstandafforstyrret kredsløb.
   2. Seriemodstand gennem induktiv kobling: Hvis der er common mode støj i interferenskilden, optræder interline interferensen generelt i både common mode og differential mode.
5. Strømledningskobling: Dette fænomen opstår, når strømledningen transmitterer interferens til andre enheder efter at være blevet udsat forelektromagnetisk interferensfra AC eller DC strømkildeDette repræsenterer en indirekte form for strømforsyningsstøjinterferens på højfrekvent kredsløbs. Det er vigtigt at bemærke, at strømforsyningsstøj ikke nødvendigvis er selvgenereret, men kan også skyldes ekstern interferensinduktion, hvilket fører til overlejring (udstrålet eller ført) af støj, der genereres af sig selv, og derved interfererer med andre kredsløb eller enheder.

• Modforanstaltninger for at eliminere strømforsyningsstøjinterferens

I betragtning af de forskellige manifestationer og årsager til strømforsyningsstøjinterferens analyseret ovenfor, kan betingelserne, der fører til strømforsyningsstøj, afbrydes specifikt, hvilket effektivt undertrykker interferensen. Følgende løsninger anbefales:

• Opmærksomhed påBord gennem huls: Gennemgående huller nødvendiggørætsningsåbnings påstrømforsyningslagfor at imødekomme deres passage. Hvis strømlagets åbning er for stor, kan det påvirke signalsløjfen, tvinge signalet til at omgå og øge sløjfearealet og støjen. Hvis visse signallinjer er koncentreret nær åbningen og deler denne sløjfe, kan fælles impedans føre til krydstale.
• Tilstrækkelig jordledning til kabler: Hvert signal kræver sin egen dedikerede signalsløjfe, hvor signal- og sløjfeområdet holdes så lille som muligt, hvilket sikrer parallel justering.
• Placering af strømforsyningsstøjfilter: Dette filter undertrykker effektivt intern strømforsyningsstøj, hvilket forbedrer systemetanti-interferensog sikkerhed. Det fungerer som en tovejsRF filter, frafiltrering af støjinterferens introduceret fra strømledningen (forhindrer interferens fra andre enheder) og støj genereret af sig selv (for at undgå interferens med andre enheder), samt cross-mode common mode interferens.
• StrømisoleringTransformer: Dette isolerer common-mode jordsløjfen afstrømforsyning sløjfe eller signalkabel, der effektivt adskiller common-mode sløjfestrøm genereret ved høje frekvenser.
• Strømregulering: Gendannelse af en renere strømforsyning kan reducere strømforsyningsstøjen betydeligt.
• Ledningsføring: Strømforsyningens indgangs- og udgangsledninger skal holdes væk fra kanten af ​​det dielektriske kort for at undgå at generere stråling og forstyrre andre kredsløb eller udstyr.
• Separate analoge og digitale strømforsyninger: Højfrekvente enheder er generelt meget følsomme over for digital støj, så de to bør isoleres og forbindes sammen ved strømforsyningens indgang. Hvis et signal skal krydse både analoge og digitale domæner, kan en sløjfe placeres på tværs af signalet for at reducere sløjfeområdet.
• Undgå at overlappe separate strømforsyninger mellem forskellige lag: Forsøg at forskyde dem for at forhindre, at strømforsyningsstøj nemt kobles gennem parasitisk kapacitans.
• Isoler følsomme komponenter: Komponenter såsom faselåste sløjfer (PLL'er) er meget følsomme over for strømforsyningsstøj og bør holdes så langt væk fra strømforsyningen som muligt.
• Placering af netledning: Anbringelse af en strømledning ved siden af ​​signalledningen kan reducere signalsløjfen og opnå støjreduktion.
• Bypass-vejjording: For at forhindre akkumuleret støj forårsaget af strømforsyningsinterferens på printkortet og ekstern strømforsyningsinterferens, kan bypass-stien jordes på interferensvejen (eksklusive stråling), så støjen kan omgås til jorden og undgå interferens med andre enheder og udstyr.

Som konklusion:Strømforsyningsstøj, uanset om den genereres direkte eller indirekte fra strømforsyningen, forstyrrer kredsløbet. Når du undertrykker dets indflydelse på kredsløbet, bør et generelt princip følges: minimer virkningen af ​​strømforsyningsstøj på kredsløbet, mens du også reducerer påvirkningen af ​​eksterne faktorer eller kredsløbet på strømforsyningen for at forhindre nedbrydning af strømforsyningsstøj.