Maitinimo šaltinio triukšmo analizė ir mažinimas aukšto dažnio PCB projektavimo procese

Į aukšto dažnio PCBs, maitinimo šaltinio triukšmas išsiskiria kaip reikšminga trukdžių forma. Šiame straipsnyje atliekama visapusiška aukšto dažnio PCB maitinimo šaltinio triukšmo charakteristikų ir kilmės analizė bei siūlomi praktiški ir veiksmingi sprendimai, pagrįsti inžinerinėmis programomis.

A.Maitinimo šaltinio triukšmo analizė

Maitinimo šaltinio triukšmas reiškia triukšmą, kurį sukelia arba sutrikdo pats maitinimo šaltinis. Šis trukdis akivaizdus šiais aspektais:

1. Paskirstytas triukšmas, atsirandantis dėlbūdinga varžamaitinimo šaltinio. Aukšto dažnio grandinėse maitinimo šaltinio triukšmas labai paveikia aukšto dažnio signalus. Todėl pradinis reikalavimas yra mažas triukšmasmaitinimo šaltinis. Ne mažiau svarbūs yra švarus įžeminimas ir maitinimo šaltinis.

Idealiu atveju maitinimo šaltinis būtųbe varžos, todėl nėra triukšmo. Tačiau praktiškai maitinimo šaltinis turi tam tikrą varžą, kuri yra paskirstyta visame maitinimo šaltinyje, todėl atsiranda triukšmas. Todėl reikia stengtis sumažinti maitinimo šaltinio varžą. Pageidautina turėti tam skirtą jėgos plokštumairantžeminė plokštuma. Projektuojant aukšto dažnio grandinę, paprastai efektyviau maitinimo šaltinį projektuoti sluoksniais, o ne magistralės formatu, užtikrinant, kad kilpa nuosekliai sektų kelią su mažiausia varža. Be to, maitinimo plokštė suteikia asignalo kilpavisiems signalams, generuojamiems ir priimamiems PCB, taip sumažinant signalo kilpą ir sumažinant triukšmą.

2. Bendrojo režimo lauko trukdžiai: šio tipo trikdžiai yra susiję su triukšmu tarp maitinimo šaltinio ir žemės. Jis atsiranda dėl trikdžių, kuriuos sukelia sutrikusios grandinės suformuota kilpa ir bendrojo režimo įtampa, atsirandanti dėl bendro atskaitos paviršiaus. Dydis priklauso nuo santykinių elektrinių ir magnetinių laukų, o jo intensyvumas yra palyginti mažas.

Pagal šį scenarijų dėl srovės sumažėjimo (Ic) serijoje atsiranda bendrojo režimo įtampasrovės kilpa, paveikdamas priėmimo skyrių. Jeimagnetinis laukasvyrauja, nuosekliojoje įžeminimo kilpoje generuojama bendrojo režimo įtampa apskaičiuojama pagal formulę:

ΔB formulėje (1) reiškia magnetinės indukcijos intensyvumo pokytį, išmatuotą Wb/m²; S žymi plotą m².

Dėl anelektromagnetinis laukas, kai elektrinis laukas vertė žinoma, indukuota įtampa pateikiama pagal (2) lygtį, kuri paprastai taikoma, kai L = 150/F arba mažesnė, o F reiškiaelektromagnetinių bangų dažnisMHz. Jei ši riba viršijama, didžiausios indukuotos įtampos apskaičiavimas gali būti supaprastintas taip:

3. Diferencialinio režimo lauko trukdžiai: tai trikdžiai tarp maitinimo šaltinio irįvesties ir išvesties maitinimo linijas. Projektuojant PCB, autorius pastebėjo, kad jo indėlis į maitinimo šaltinio triukšmą yra minimalus, todėl čia jo galima praleisti.
4. Interline trukdžiai: Šio tipo trukdžiai yra susiję su trukdžiais tarp elektros linijų. Kai tarp dviejų skirtingų lygiagrečių grandinių yra abipusė talpa (C) ir abipusis induktyvumas (M1-2), trikdžiai atsiras trikdančioje grandinėje, jei trikdžių šaltinio grandinėje yra įtampa (VC) ir srovė (IC):
   1. Įtampa, sujungta per talpinę varžą, pateikiama pagal (4) lygtį, kur RV reiškia lygiagrečiąartimojo galo pasipriešinimasirtolimas pasipriešinimasištrukdyta grandinė.
   2. Serijinė varža per indukcinę jungtį: jei trikdžių šaltinyje yra bendro režimo triukšmas, tarplinijiniai trukdžiai paprastai atsiranda ir bendruoju, ir diferencialiniu režimu.
5. Maitinimo linijos sujungimas: Šis reiškinys atsiranda, kai elektros linija perduoda trikdžius kitiems įrenginiams po to, kai buvo paveiktaelektromagnetiniai trukdžiaiiš AC arba DC maitinimo šaltinisTai yra netiesioginė maitinimo šaltinio triukšmo trukdžių forma aukšto dažnio grandinės. Svarbu pažymėti, kad maitinimo šaltinio triukšmas nebūtinai gali būti savaime sukurtas, bet taip pat gali atsirasti dėl išorinių trukdžių indukcijos, dėl kurio gali susikaupti (spinduliuoti arba laidūs) paties sukuriamas triukšmas, taip trukdant kitoms grandinėms ar įrenginiams.

• Atsakomosios priemonės maitinimo šaltinio triukšmo trikdžiams pašalinti

Atsižvelgiant į įvairias pirmiau išanalizuotas maitinimo šaltinio triukšmo trukdžių apraiškas ir priežastis, sąlygos, sukeliančios maitinimo triukšmą, gali būti specialiai sutrikdytos, veiksmingai slopinant trikdžius. Rekomenduojami šie sprendimai:

• DėmesysLenta per skylęs: būtini per skylutesoforto angas antmaitinimo sluoksniskad tilptų jų praėjimas. Jei maitinimo sluoksnio anga yra per didelė, tai gali paveikti signalo kilpą, priversti signalą apeiti ir padidinti kilpos plotą bei triukšmą. Jei tam tikros signalo linijos yra sutelktos šalia angos ir dalijasi šia kilpa, bendra varža gali sukelti skersinį.
• Pakankamas įžeminimo laidas kabeliams: kiekvienam signalui reikalinga atskira signalo kilpa, kai signalo ir kilpos plotas turi būti kuo mažesnis, užtikrinant lygiagrečią išlyginimą.
• Maitinimo šaltinio triukšmo filtro išdėstymas: Šis filtras efektyviai slopina vidinį maitinimo šaltinio triukšmą, pagerindamas sistemąanti-interferencijair saugumą. Jis tarnauja kaip dvipusisRF filtras, filtruojant iš elektros linijos sklindančius triukšmo trukdžius (užkertant kelią kitų įrenginių trikdžiams) ir savaime generuojamą triukšmą (siekiant išvengti trikdžių kitiems įrenginiams), taip pat kryžminio režimo bendrojo režimo trikdžius.
• Maitinimo izoliacijaTransformatorius: Tai izoliuoja bendrojo režimo įžeminimo kilpąmaitinimo kilpos signalo kabelis, efektyviai atskirianti aukšto dažnio generuojamą bendrojo režimo kilpos srovę.
• Maitinimo reguliavimas: švaresnio maitinimo šaltinio atkūrimas gali žymiai sumažinti maitinimo šaltinio triukšmą.
• Laidai: maitinimo įvesties ir išvesties linijas reikia laikyti toliau nuo dielektrinės plokštės krašto, kad būtų išvengta spinduliuotės ir kitų grandinių ar įrangos trikdžių.
• Atskiri analoginiai ir skaitmeniniai maitinimo šaltiniai: aukšto dažnio įrenginiai paprastai yra labai jautrūs skaitmeniniam triukšmui, todėl jie turi būti izoliuoti ir sujungti kartu prie maitinimo šaltinio įėjimo. Jei signalui reikia kirsti ir analoginius, ir skaitmeninius domenus, per signalą galima uždėti kilpą, kad būtų sumažintas kilpos plotas.
• Venkite persidengti atskirų maitinimo šaltinių tarp skirtingų sluoksnių: pabandykite juos išdėstyti, kad maitinimo šaltinio triukšmas nebūtų lengvai susietas dėl parazitinės talpos.
• Atskirkite jautrius komponentus: komponentai, tokie kaip fazinės kilpos (PLL), yra labai jautrūs maitinimo šaltinio triukšmui ir turėtų būti laikomi kuo toliau nuo maitinimo šaltinio.
• Maitinimo laido išdėstymas: Maitinimo liniją pastatydami šalia signalo linijos, galite sumažinti signalo kilpą ir sumažinti triukšmą.
• Apėjimo kelio įžeminimas: siekiant išvengti kaupiamo triukšmo, kurį sukelia elektros energijos tiekimo trikdžiai grandinės plokštėje ir išorinio maitinimo šaltinio trikdžiai, apėjimo kelias gali būti įžemintas trukdžių kelyje (išskyrus spinduliuotę), kad būtų galima apeiti triukšmą į žemę ir išvengti trikdžių kiti įrenginiai ir įranga.

Išvadoje:Maitinimo šaltinio triukšmas, tiesiogiai ar netiesiogiai generuojamas iš maitinimo šaltinio, trikdo grandinę. Slopinant jo įtaką grandinei, reikia laikytis bendro principo: kuo labiau sumažinti maitinimo šaltinio triukšmo poveikį grandinei, kartu mažinant išorinių veiksnių arba grandinės įtaką maitinimo šaltiniui, kad būtų išvengta maitinimo šaltinio triukšmo pablogėjimo.