Toiteallika müra analüüs ja leevendamine kõrgsageduslike PCB projekteerimisprotsessis

sisse kõrgsageduslik PCBs, toiteallika müra paistab silma olulise häirevormina. See artikkel analüüsib põhjalikku kõrgsageduslike PCB-de toiteallika müra omadusi ja päritolu ning pakub praktilisi ja tõhusaid lahendusi, mis põhinevad insenerirakendustel.

A.Toiteallika müra analüüs

Toiteallika müra viitab toiteallika enda tekitatud või häiritud mürale. See häire ilmneb järgmistes aspektides:

1. Jaotatud müra, mis tulenebloomupärane impedantstoiteallikast. Kõrgsageduslikes ahelates mõjutab toiteallika müra märkimisväärselt kõrgsageduslikke signaale. Seetõttu on esialgne nõue madal müratasetoiteallikas. Sama oluline on puhas maapind ja toiteallikas.

Ideaalse stsenaariumi korral oleks toiteallikasimpedantsivaba, mille tulemuseks on müra puudumine. Kuid praktikas on toiteallikal teatud takistus, mis jaotub kogu toiteallika vahel, mis põhjustab müra kattumist. Seetõttu tuleks teha jõupingutusi toiteallika impedantsi minimeerimiseks. Eelistatav on omada spetsiaalset jõulennukjamaatasapind. Kõrgsagedusliku vooluahela projekteerimisel on üldiselt tõhusam projekteerida toiteallikas kihtidena, mitte siinivormingus, tagades, et ahel järgib järjepidevalt vähima takistusega rada. Lisaks pakub toiteplaat asignaali silmuskõigi PCB-l genereeritud ja vastuvõetud signaalide jaoks, minimeerides seeläbi signaaliahelat ja vähendades müra.

2. Ühisrežiimi väljahäired: seda tüüpi häired on seotud toiteallika ja maapinna vahelise müraga. See tekib häiretest, mis on põhjustatud katkenud vooluahelast ja ühisest võrdluspinnast tulenevast ühisrežiimi pingest. Suurus sõltub suhtelisest elektri- ja magnetväljast ning selle intensiivsus on suhteliselt madal.

Selle stsenaariumi korral põhjustab voolu (Ic) vähenemine jadas tavarežiimi pingetvooluahel, mis mõjutab vastuvõtuosa. Kuimagnetvälidomineerib, jadamisi maandusahelas genereeritud ühisrežiimi pinge saadakse valemiga:

ΔB valemis (1) tähistab magnetilise induktsiooni intensiivsuse muutust, mõõdetuna Wb/m²; S tähistab pindala meetrites².

Anelektromagnetväli, kui elektriväli väärtus on teada, on indutseeritud pinge antud võrrandiga (2), mis on üldiselt rakendatav, kui L = 150/F või vähem, kusjuures F tähistabelektromagnetlainete sagedusMHz. Kui see piir on ületatud, saab maksimaalse indutseeritud pinge arvutamist lihtsustada järgmiselt:

3. Diferentsiaalrežiimi välja häired: see viitab häiretele toiteallika ja toiteallika vahelsisend ja väljund toiteliins. Tegeliku PCB projekteerimise puhul täheldas autor, et selle panus toiteallika mürasse on minimaalne ja seetõttu võib selle siin ära jätta.
4. Interline Interference: seda tüüpi häired puudutavad elektriliinide vahelisi häireid. Kui kahe erineva paralleelse ahela vahel on vastastikune mahtuvus (C) ja vastastikune induktiivsus (M1-2), ilmnevad häired häiritud ahelas, kui häireallika ahelas on pinge (VC) ja vool (IC):
   1. Mahtuvusliku impedantsi kaudu ühendatud pinge saadakse võrrandiga (4), kus RV tähistab voolutugevuse paralleelväärtust.lähiotsa takistusjakauge otsa vastupanukohtahäiritud vooluring.
   2. Jadatakistus induktiivse sidestuse kaudu: kui häireallikas on ühisrežiimi müra, ilmnevad liinidevahelised häired üldiselt nii ühisrežiimis kui ka diferentsiaalrežiimis.
5. Elektriliini ühendus: See nähtus ilmneb siis, kui toiteliin edastab pärast kokkupuudet häireid teistele seadmeteleelektromagnetilised häiredvahelduv- või alalisvoolust jõuallikasSee kujutab endast sisselülitatud toiteallika müra kaudset vormi kõrgsageduslik ahels. Oluline on märkida, et toiteallika müra ei pruugi olla iseenesest tekitatud, vaid see võib tuleneda ka välisest interferentsi induktsioonist, mis põhjustab enda tekitatud müra (kiirguse või juhitava) kattumist, häirides sellega teisi vooluahelaid või seadmeid.

• Vastumeetmed toiteallika mürahäirete kõrvaldamiseks

Võttes arvesse ülaltoodud toiteallika müra häirete erinevaid ilminguid ja põhjuseid, saab toiteallika müra tekitavaid tingimusi konkreetselt häirida, häireid tõhusalt summutades. Soovitatavad on järgmised lahendused:

• TähelepanuLauda läbi augus: läbivad augud nõuavadsöövitusavas pealtoiteallika kihtnende läbipääsu mahutamiseks. Kui toitekihi ava on liiga suur, võib see mõjutada signaaliahelat, sundides signaali mööda minema ning suurendades silmuse pindala ja müra. Kui teatud signaaliliinid on koondunud ava lähedale ja jagavad seda silmust, võib tavaline takistus põhjustada ülekõla.
• Piisav maandusjuhe kaablite jaoks: iga signaal nõuab oma spetsiaalset signaaliahelat, kusjuures signaali ja ahela ala on võimalikult väike, tagades paralleelse joondamise.
• Toiteallika mürafiltri paigutus: see filter summutab tõhusalt sisemist toiteallika müra, parandades süsteemihäirevastaneja ohutus. See toimib kahesuunalisenaRF filter, mis filtreerib välja elektriliinilt tuleva müra (takistab teiste seadmete häireid) ja enda tekitatud müra (et vältida häireid teiste seadmetega), samuti ristrežiimi ühisrežiimi häireid.
• Toite eraldamineTrafo: see isoleerib seadme ühisrežiimi maandusahelatoiteahela signaalikaabel, eraldades tõhusalt kõrgetel sagedustel genereeritud ühisrežiimi ahela voolu.
• Toiteregulatsioon: puhtama toiteallika taastamine võib oluliselt vähendada toiteallika müra.
• Juhtmed: toiteallika sisend- ja väljundliinid tuleks hoida dielektrilise plaadi servast eemal, et vältida kiirguse tekitamist ja teiste vooluahelate või seadmete segamist.
• Eraldi analoog- ja digitaaltoiteallikad: kõrgsageduslikud seadmed on üldiselt digitaalse müra suhtes väga tundlikud, seega tuleks need kaks toiteallika sissepääsu juures isoleerida ja omavahel ühendada. Kui signaal peab läbima nii analoog- kui ka digitaaldomeeni, võib silmuse pindala vähendamiseks asetada signaalile silmuse.
• Vältige erinevate kihtide eraldi toiteallikate kattumist: proovige neid nihutada, et vältida toiteallika müra hõlpsat ühendamist parasiitmahtuvuse kaudu.
• Tundlike komponentide eraldamine: komponendid, nagu faasilukud (PLL) on toiteallika müra suhtes väga tundlikud ja neid tuleks hoida toiteallikast võimalikult kaugel.
• Toitejuhtme paigutus: toiteliini paigutamine signaaliliini kõrvale võib vähendada signaaliahelat ja vähendada müra.
• Möödaviigutee maandus: toiteallika häiretest trükkplaadil ja välise toiteallika häiretest põhjustatud müra vältimiseks võib möödaviigutee maandada häireteel (välja arvatud kiirgus), mis võimaldab müra maapinnale suunata ja vältida häireid muud seadmed ja seadmed.

Kokkuvõtteks:Toiteallika müra, mis tekib otse või kaudselt toiteallikast, häirib vooluahelat. Selle mõju mahasurumisel vooluringile tuleks järgida üldist põhimõtet: minimeerida toiteallika müra mõju vooluringile, vähendades samal ajal välistegurite või ahela mõju toiteallikale, et vältida toiteallika müra halvenemist.