A tápegység zajának elemzése és csökkentése a nagyfrekvenciás PCB tervezési folyamatban

In nagyfrekvenciás PCBs, a tápegység zaja az interferencia jelentős formájaként emelkedik ki. Ez a cikk átfogó elemzést végez a tápegység zajának jellemzőiről és eredetéről a nagyfrekvenciás PCB-kben, és praktikus és hatékony megoldásokat kínál mérnöki alkalmazásokon alapulóan.

A.A tápegység zajának elemzése

A tápegység zaja a tápegység által keltett vagy megzavart zajra utal. Ez az interferencia a következő vonatkozásokban nyilvánul meg:

1. Az ebből eredő elosztott zajinherens impedanciaa tápegységről. A nagyfrekvenciás áramkörökben a tápegység zaja jelentősen befolyásolja a nagyfrekvenciás jeleket. Ezért a kezdeti követelmény az alacsony zajszinttápegység. Ugyanilyen fontos a tiszta föld és az áramellátás.

Ideális esetben a tápegység az lenneimpedancia mentes, ami nem okoz zajt. A gyakorlatban azonban a tápegységnek van egy bizonyos impedanciája, amely a teljes tápegységen eloszlik, ami a zaj egymásra hatásához vezet. Ezért törekedni kell a tápegység impedanciájának minimalizálására. Előnyös, ha van egy dedikált erősíkésföldi sík. A nagyfrekvenciás áramkörök tervezésénél általában hatékonyabb, ha a tápegységet rétegenként tervezik, nem pedig buszformátumban, így biztosítva, hogy a hurok következetesen a legkisebb impedanciájú útvonalat kövesse. Ezenkívül a tápegység biztosítja ajelhuroka PCB-n generált és fogadott összes jelre, ezáltal minimalizálva a jelhurkot és csökkentve a zajt.

2. Közös módú terepi interferencia: Ez a típusú interferencia a tápegység és a föld közötti zajra vonatkozik. A megszakadt áramkör által alkotott hurok és a közös referenciafelületből származó közös módusú feszültség okozta interferencia okozza. A nagysága a relatív elektromos és mágneses mezőktől függ, intenzitása viszonylag alacsony.

Ebben a forgatókönyvben az áram (Ic) csökkenése közös módú feszültséghez vezet a sorozatbanáramhurok, hatással van a fogadó szakaszra. Ha amágneses mezőtúlsúlyban van, a soros földhurokban generált közös módusú feszültséget a következő képlet adja meg:

A ΔB az (1) képletben a mágneses indukció intenzitásának változását jelenti, Wb/m-ben mérve²; S a területet m-ben jelöli².

Egyelektromágneses mező, amikor a elektromos mező érték ismert, az indukált feszültséget a (2) egyenlet adja meg, amely általában akkor alkalmazható, ha L=150/F vagy kevesebb, ahol F aelektromágneses hullám frekvenciájaMHz-ben. Ha ezt a határt túllépjük, a maximális indukált feszültség kiszámítása a következőképpen egyszerűsíthető:

3. Differenciális módú terepi interferencia: Ez a tápegység és a tápegység közötti interferenciára vonatkozikbemeneti és kimeneti tápvezetéks. A tényleges NYÁK-tervezés során a szerző azt figyelte meg, hogy a tápegység zajhoz való hozzájárulása minimális, ezért itt elhagyható.
4. Interline Interference: Az ilyen típusú interferencia az elektromos vezetékek közötti interferenciára vonatkozik. Ha két különböző párhuzamos áramkör között kölcsönös kapacitás (C) és kölcsönös induktivitás (M1-2) van, az interferencia a zavart áramkörben jelentkezik, ha feszültség (VC) és áram (IC) van az interferenciaforrás áramkörében:
   1. A kapacitív impedancián keresztül kapcsolt feszültséget a (4) egyenlet adja meg, ahol RV a párhuzamos érték.közel végi ellenállásés atávoli ellenállásazavart áramkör.
   2. Soros ellenállás induktív csatoláson keresztül: Ha az interferenciaforrásban közös módú zaj van, a vonalközi interferencia általában közös módban és differenciális módban is megjelenik.
5. Villamos vezeték csatolása: Ez a jelenség akkor fordul elő, ha a tápvezeték interferenciát továbbít más eszközöknek, miután kitéveelektromágneses interferenciaAC vagy DC felől áramforrásEz az áramellátási zaj interferenciájának közvetett formája nagyfrekvenciás áramkörs. Fontos megjegyezni, hogy a tápegység zaja nem feltétlenül öngenerált, hanem külső interferencia-indukcióból is származhat, ami az önmaga által keltett zaj egymásra hatásához (kisugárzott vagy vezetett), zavarva ezzel más áramkörök vagy eszközök működését.

• Ellenintézkedések a tápegység zajának kiküszöbölésére

Figyelembe véve az áramellátási zaj zavarásának fentebb elemzett különféle megnyilvánulásait és okait, a tápfeszültség zajához vezető körülmények kifejezetten megzavarhatók, hatékonyan elnyomva az interferenciát. A következő megoldások javasoltak:

• FigyelemBoard Through Holes: Átmenő lyukak szükségesekrézkarc nyíláss atápegység rétegátjárásuk befogadására. Ha a teljesítményréteg nyílása túl nagy, az befolyásolhatja a jelhurkot, ami a jel megkerülésére kényszeríti, és növeli a hurok területét és a zajt. Ha bizonyos jelvezetékek a nyílás közelében koncentrálódnak, és megosztják ezt a hurkot, a közös impedancia áthalláshoz vezethet.
• Elegendő földelő vezeték a kábelekhez: Minden jel külön jelhurkot igényel, a jel és a hurok területe a lehető legkisebb legyen, biztosítva a párhuzamos igazítást.
• A tápegység zajszűrőjének elhelyezése: Ez a szűrő hatékonyan elnyomja a tápegység belső zaját, javítva a rendszertanti-interferenciaés biztonság. Ez kétirányúRF szűrő, kiszűri az elektromos vezetékről bevitt zajinterferenciát (megakadályozza a más eszközöktől származó interferenciát) és az önmaga által keltett zajt (más eszközökkel való interferencia elkerülése érdekében), valamint a keresztmódusú közös módú interferenciát.
• Teljesítmény leválasztásTranszformátor: Ez leválasztja a közös módú földhurkottápegység hurok jelkábel, hatékonyan választja el a nagy frekvencián generált közös módú hurokáramot.
• Teljesítményszabályozás: A tisztább tápegység helyreállítása jelentősen csökkentheti a tápegység zaját.
• Vezetékezés: A tápegység bemeneti és kimeneti vezetékeit távol kell tartani a dielektromos kártya szélétől, hogy elkerülje a sugárzás keletkezését és az egyéb áramkörök vagy berendezések zavarását.
• Külön analóg és digitális tápegységek: A nagyfrekvenciás eszközök általában nagyon érzékenyek a digitális zajra, ezért a kettőt le kell választani és össze kell kötni a tápegység bejáratánál. Ha egy jelnek analóg és digitális tartományt is át kell kereszteznie, hurkot lehet elhelyezni a jelen, hogy csökkentse a hurok területét.
• Kerülje el a különálló tápegységek átfedését a különböző rétegek között: Próbálja meg elosztani őket, hogy megakadályozza a tápegység zajának könnyű csatolását a parazita kapacitáson keresztül.
• Az érzékeny összetevők izolálása: Az olyan összetevők, mint a fáziszárolt hurkok (PLL-ek), nagyon érzékenyek a tápegység zajára, ezért a lehető legtávolabb kell őket tartani a tápegységtől.
• A tápkábel elhelyezése: Ha a tápvezetéket a jelvezeték mellé helyezi, csökkentheti a jelhurkot és zajcsökkentést érhet el.
• Megkerülő út földelése: Az áramköri kártyán a tápegység interferencia és a külső tápegység interferenciája által okozott felhalmozódott zaj elkerülése érdekében a bypass útvonal földelhető az interferencia útvonalon (kivéve a sugárzást), lehetővé téve a zaj kiiktatását a földre, és elkerülhető az interferenciák egyéb eszközök és berendezések.

Összegzésként:A tápegység zaja, akár közvetlenül, akár közvetve a tápegységből származik, zavarja az áramkört. Az áramkörre gyakorolt ​​hatásának elnyomásakor egy általános elvet kell követni: minimálisra kell csökkenteni a tápegység zajának az áramkörre gyakorolt ​​hatását, ugyanakkor csökkenteni kell a külső tényezők vagy az áramkör hatását a tápegységre, hogy megakadályozzák a tápegység zajának csökkenését.