Virtalähteen kohinan analyysi ja lieventäminen suurtaajuisten piirilevyjen suunnitteluprosessissa

sisään korkeataajuinen piirilevys, virtalähteen kohina erottuu merkittävänä häiriömuotona. Tässä artikkelissa analysoidaan kattavasti korkeataajuisten piirilevyjen virtalähteen melun ominaisuuksia ja alkuperää sekä tarjotaan käytännöllisiä ja tehokkaita ratkaisuja, jotka perustuvat suunnittelusovelluksiin.

A.Virtalähteen melun analyysi

Virtalähteen melu tarkoittaa itse virtalähteen synnyttämää tai häiritsemää melua. Tämä häiriö on ilmeinen seuraavista näkökohdista:

1. Hajautettu melu, joka johtuuluontainen impedanssivirtalähteestä. Korkeataajuisissa piireissä virtalähteen kohina vaikuttaa merkittävästi suurtaajuisiin signaaleihin. Siksi alkuperäinen vaatimus on hiljainenvirtalähde. Yhtä tärkeitä ovat puhdas maa ja virtalähde.

Ihanteellisessa skenaariossa virtalähde olisiimpedanssiton, mikä ei aiheuta melua. Käytännössä teholähteellä on kuitenkin tietty impedanssi, joka jakautuu koko teholähteelle, mikä johtaa kohinan päällekkäisyyteen. Tästä syystä virtalähteen impedanssia on pyrittävä minimoimaan. On parempi olla omistettu voimatasojamaataso. Korkeataajuisten piirien suunnittelussa on yleensä tehokkaampaa suunnitella virtalähde kerroksittain väylämuodon sijaan, jolloin varmistetaan, että silmukka seuraa johdonmukaisesti polkua pienimmällä impedanssilla. Lisäksi tehokortti tarjoaa asignaalisilmukkakaikille PCB:llä generoiduille ja vastaanotetuille signaaleille, minimoiden siten signaalisilmukan ja vähentäen kohinaa.

2. Common Mode Field Interference: Tämän tyyppiset häiriöt koskevat virtalähteen ja maan välistä melua. Se syntyy häiriöstä, joka aiheutuu katkenneen piirin muodostaman silmukan ja yhteisestä vertailupinnasta johtuvasta yhteismuotojännitteestä. Suuruus riippuu suhteellisista sähkö- ja magneettikentistä, ja sen intensiteetti on suhteellisen pieni.

Tässä skenaariossa virran (Ic) lasku johtaa sarjassa yhteismuotoiseen jännitteeseenvirtasilmukka, joka vaikuttaa vastaanottavaan osaan. Josmagneettikenttäon vallitseva, sarjassa maadoitussilmukassa generoitu yhteismuotoinen jännite saadaan kaavalla:

ΔB kaavassa (1) edustaa muutosta magneettisen induktion intensiteetissä, mitattuna Wb/m²; S tarkoittaa aluetta metreinä².

Ansähkömagneettinen kenttä, kun sähkökenttä arvo tunnetaan, indusoitunut jännite saadaan yhtälöstä (2), joka on yleisesti sovellettavissa, kun L = 150/F tai vähemmän, jolloin F edustaasähkömagneettisen aallon taajuusMHz:ssä. Jos tämä raja ylittyy, suurimman indusoidun jännitteen laskentaa voidaan yksinkertaistaa seuraavasti:

3. Differentiaalitilan kenttähäiriöt: Tämä viittaa häiriöihin virtalähteen ja virtalähteen välillätulo- ja lähtövirtalinjas. Varsinaisessa piirilevysuunnittelussa kirjoittaja havaitsi, että sen vaikutus teholähteen meluon on minimaalinen, joten se voidaan jättää tässä pois.
4. Linjojen välinen häiriö: Tämäntyyppiset häiriöt liittyvät sähkölinjojen välisiin häiriöihin. Kun kahden eri rinnakkaisen piirin välillä on keskinäinen kapasitanssi (C) ja keskinäinen induktanssi (M1-2), häiriö ilmenee häiriöpiirissä, jos häiriölähdepiirissä on jännite (VC) ja virta (IC):
   1. Kapasitiivisen impedanssin kautta kytketty jännite saadaan yhtälöstä (4), jossa RV edustaa kapasitiivisen impedanssin rinnakkaisarvoa.lähipään vastusjakaukopään vastus-ltahäiriintynyt piiri.
   2. Sarjavastus induktiivisen kytkennän kautta: Jos häiriölähteessä on yhteismuotoista kohinaa, linjojen välinen häiriö esiintyy yleensä sekä yhteismoodissa että differentiaalitilassa.
5. Sähkölinjan kytkentä: Tämä ilmiö ilmenee, kun sähköjohto lähettää häiriöitä muille laitteille altistumisen jälkeensähkömagneettiset häiriötAC:sta tai DC:stä virtalähdeTämä edustaa epäsuoraa virtalähteen meluhäiriön muotoa korkeataajuinen piiris. On tärkeää huomata, että virtalähteen kohina ei välttämättä ole itsestään syntyvää, vaan se voi johtua myös ulkoisesta häiriöinduktiosta, mikä johtaa itsensä tuottaman kohinan päällekkäisyyteen (säteilevä tai johtunut), mikä häiritsee muita piirejä tai laitteita.

• Vastatoimenpiteet virtalähteen häiriöhäiriöiden poistamiseksi

Ottaen huomioon edellä analysoidut virtalähteen kohinan häiriön eri ilmenemismuodot ja syyt, teholähteen kohinaan johtavat olosuhteet voidaan erityisesti häiritä, mikä tehokkaasti vaimentaa häiriöitä. Seuraavia ratkaisuja suositellaan:

• HuomioHallitus Reiän läpis: Reiät ovat välttämättömiäetsaus aukkos päällävirtalähdekerrosmukauttaakseen heidän kulkunsa. Jos tehokerroksen aukko on liian suuri, se voi vaikuttaa signaalisilmukkaan, pakottaa signaalin ohittamaan ja lisäämään silmukan pinta-alaa ja kohinaa. Jos tietyt signaalilinjat keskittyvät lähelle aukkoa ja jakavat tämän silmukan, yhteinen impedanssi voi johtaa ylikuulumiseen.
• Riittävä maadoitusjohto kaapeleille: Jokainen signaali vaatii oman signaalisilmukan, jonka signaali- ja silmukka-alue pidetään mahdollisimman pienenä, mikä varmistaa rinnakkaisen kohdistuksen.
• Virtalähteen melusuodattimen sijoitus: Tämä suodatin vaimentaa tehokkaasti sisäistä virtalähteen melua ja parantaa järjestelmäähäiriön estoja turvallisuus. Se toimii kaksisuuntaisenaRF-suodatin, suodattaa pois sähköjohdosta tulevan häiriön (estääkseen muiden laitteiden aiheuttamat häiriöt) ja itsensä tuottaman kohinan (muiden laitteiden häiriöiden välttämiseksi) sekä ristikkäisen yhteismoodihäiriön.
• Virran eristysMuuntaja: Tämä eristää yhteistilan maasilmukanvirtalähteen silmukan signaalikaapeli, joka erottaa tehokkaasti suurilla taajuuksilla generoidun yhteismuotoisen silmukkavirran.
• Virransäätö: Puhtaamman virtalähteen palauttaminen voi vähentää merkittävästi virtalähteen melua.
• Johdotus: Virtalähteen tulo- ja lähtölinjat tulee pitää erillään dielektrisen levyn reunasta, jotta vältetään säteilyn tuottaminen ja muiden piirien tai laitteiden häiritseminen.
• Erilliset analogiset ja digitaaliset virtalähteet: Korkeataajuiset laitteet ovat yleensä erittäin herkkiä digitaaliselle melulle, joten ne tulee eristää ja kytkeä yhteen virtalähteen sisäänkäynnissä. Jos signaalin on ylitettävä sekä analogiset että digitaaliset alueet, signaalin poikki voidaan sijoittaa silmukka silmukan alueen pienentämiseksi.
• Vältä päällekkäisiä erillisiä virtalähteitä eri kerrosten välillä: Yritä porrastaa niitä, jotta virtalähteen kohina ei pääse helposti kytkeytymään loiskapasitanssin kautta.
• Eristä herkät komponentit: Komponentit, kuten vaihelukitut silmukat (PLL) ovat erittäin herkkiä virtalähteen kohinalle, ja ne tulee pitää mahdollisimman kaukana virtalähteestä.
• Virtajohdon sijoittaminen: Virtajohdon sijoittaminen signaalilinjan viereen voi vähentää signaalisilmukkaa ja vähentää melua.
• Ohituspolun maadoitus: Virtalähteen häiriöistä piirilevylle ja ulkoisen virtalähteen häiriöistä aiheutuvan melun estämiseksi ohituspolku voidaan maadoittaa häiriötielle (säteilyä lukuun ottamatta), jolloin melu voidaan ohittaa maahan ja välttää häiriöitä muita laitteita ja laitteita.

Lopuksi:Virtalähteen melu, joka syntyy suoraan tai epäsuorasti virtalähteestä, häiritsee piiriä. Vaimentaessa sen vaikutusta piiriin tulee noudattaa yleisperiaatetta: minimoi teholähteen melun vaikutus piiriin ja vähennä samalla ulkoisten tekijöiden tai piirin vaikutusta teholähteeseen teholähteen melun heikkenemisen estämiseksi.