Barošanas avota trokšņa analīze un mazināšana augstfrekvences PCB projektēšanas procesā

In augstfrekvences PCBs, strāvas padeves troksnis izceļas kā būtisks traucējumu veids. Šajā rakstā ir veikta visaptveroša augstfrekvences PCB barošanas avota trokšņa raksturlielumu un izcelsmes analīze un piedāvāti praktiski un efektīvi risinājumi, kuru pamatā ir inženierijas pielietojumi.

A.Barošanas avota trokšņa analīze

Strāvas padeves troksnis attiecas uz troksni, ko rada vai traucē pats barošanas avots. Šī iejaukšanās ir acīmredzama šādos aspektos:

1. Izkliedētais troksnis, ko radaraksturīgā pretestībano barošanas avota. Augstfrekvences ķēdēs strāvas padeves troksnis būtiski ietekmē augstfrekvences signālus. Tāpēc sākotnējā prasība ir zems trokšņa līmenisbarošanas avots. Tikpat svarīgi ir tīra zeme un strāvas padeve.

Ideālā gadījumā barošanas avots būtubez pretestības, kā rezultātā nav trokšņa. Tomēr praksē barošanas avotam ir noteikta pretestība, kas tiek sadalīta pa visu barošanas avotu, izraisot trokšņu pārklājumu. Tāpēc ir jācenšas samazināt barošanas avota pretestību. Vēlams izveidot īpašu jaudas plakneunzemes plakne. Augstfrekvences ķēdes projektēšanā parasti ir efektīvāk veidot barošanas avotu slāņos, nevis kopnes formātā, nodrošinot, ka cilpa konsekventi seko ceļam ar vismazāko pretestību. Turklāt barošanas panelis nodrošina asignāla cilpavisiem signāliem, kas ģenerēti un saņemti uz PCB, tādējādi samazinot signāla cilpu un samazinot troksni.

2. Kopējā režīma lauka traucējumi: šāda veida traucējumi attiecas uz troksni starp barošanas avotu un zemi. Tas rodas no traucējumiem, ko izraisa cilpa, ko veido traucēta ķēde, un kopējā režīma spriegums, kas rodas no kopējās atskaites virsmas. Lielums ir atkarīgs no relatīvā elektriskā un magnētiskā lauka, un tā intensitāte ir salīdzinoši zema.

Šajā scenārijā strāvas samazināšanās (Ic) noved pie kopējā režīma sprieguma virknēstrāvas cilpa, kas ietekmē saņemšanas sadaļu. Jamagnētiskais lauksdominē, sērijveida zemējuma kontūrā ģenerēto koprežīmu spriegumu nosaka pēc formulas:

ΔB formulā (1) apzīmē izmaiņas magnētiskās indukcijas intensitātē, mērot Wb/m²; S apzīmē laukumu m².

Par anelektromagnētiskais lauks, kad elektriskais lauks vērtība ir zināma, inducētais spriegums ir norādīts ar vienādojumu (2), kas parasti ir piemērojams, ja L = 150/F vai mazāk, kur F irelektromagnētisko viļņu frekvenceMHz. Ja šī robeža tiek pārsniegta, maksimālā inducētā sprieguma aprēķinu var vienkāršot šādi:

3. Diferenciālā režīma lauka traucējumi: tas attiecas uz traucējumiem starp barošanas avotu unieejas un izejas barošanas līnijas. Faktiskajā PCB projektēšanā autors novēroja, ka tā ieguldījums strāvas padeves troksnī ir minimāls, un tāpēc to šeit var izlaist.
4. Starplīniju traucējumi: šāda veida traucējumi attiecas uz traucējumiem starp elektropārvades līnijām. Ja starp divām dažādām paralēlām ķēdēm ir savstarpēja kapacitāte (C) un savstarpēja induktivitāte (M1-2), traucējumi izpaudīsies traucētajā ķēdē, ja traucējumu avota ķēdē ir spriegums (VC) un strāva (IC):
   1. Spriegums, kas savienots ar kapacitatīvo pretestību, ir norādīts vienādojumā (4), kur RV ir paralēlā vērtībatuvā gala pretestībauntālā gala pretestībanotraucēta ķēde.
   2. Sērijas pretestība, izmantojot induktīvo savienojumu: ja traucējumu avotā ir kopēja režīma troksnis, starplīniju traucējumi parasti parādās gan kopējā režīmā, gan diferenciālajā režīmā.
5. Strāvas līnijas savienojums: Šī parādība rodas, ja elektropārvades līnija pārraida traucējumus citām ierīcēm pēc tam, kad tā ir pakļautaelektromagnētiskie traucējumino maiņstrāvas vai līdzstrāvas barošanas avotsTas ir netiešs strāvas padeves trokšņa traucējumu veids augstfrekvences ķēdes. Ir svarīgi atzīmēt, ka strāvas padeves troksnis var nebūt paša radīts, bet var rasties arī ārēju traucējumu indukcijas rezultātā, kas izraisa paša radītā trokšņa pārklāšanos (izstarotā vai vadītā), tādējādi traucējot citām ķēdēm vai ierīcēm.

• Pretpasākumi, lai novērstu strāvas padeves trokšņa traucējumus

Ņemot vērā dažādas iepriekš analizētās barošanas avota trokšņa traucējumu izpausmes un cēloņus, apstākļi, kas izraisa strāvas padeves troksni, var tikt īpaši traucēti, efektīvi nomācot traucējumus. Ieteicami šādi risinājumi:

• Uzmanību uzdēlis caur caurumus: Nepieciešams izmantot caurumuskodināšanas atveres uzbarošanas avota slānislai pielāgotos viņu pārejai. Ja strāvas slāņa atvērums ir pārāk liels, tas var ietekmēt signāla cilpu, liekot signālam apiet un palielināt cilpas laukumu un troksni. Ja noteiktas signāla līnijas ir koncentrētas pie atvēruma un tām ir kopīga šī cilpa, kopējā pretestība var izraisīt šķērsrunu.
• Pietiekams iezemējuma vads kabeļiem: katram signālam ir nepieciešama sava īpaša signāla cilpa, kur signāla un cilpas laukums ir pēc iespējas mazāks, nodrošinot paralēlu izlīdzināšanu.
• Barošanas avota trokšņa filtra novietojums: šis filtrs efektīvi nomāc iekšējo strāvas padeves troksni, uzlabojot sistēmupretiejaukšanāsun drošību. Tas kalpo kā divvirzienuRF filtrs, filtrējot no elektropārvades līnijas radītos trokšņus (novēršot traucējumus no citām ierīcēm) un paša radīto troksni (lai izvairītos no traucējumiem citās ierīcēs), kā arī šķērsrežīmu kopējā režīma traucējumus.
• Strāvas izolācijaTransformators: tiek izolēta kopējā režīma zemes cilpabarošanas avota cilpas signāla kabelis, efektīvi atdalot kopējā režīma cilpas strāvu, kas ģenerēta augstās frekvencēs.
• Jaudas regulēšana: tīrāka barošanas avota atjaunošana var ievērojami samazināt strāvas padeves troksni.
• Elektroinstalācija: barošanas avota ievades un izvades līnijas jātur tālāk no dielektriskās plates malas, lai izvairītos no starojuma radīšanas un citu ķēžu vai aprīkojuma traucējumiem.
• Atsevišķi analogie un digitālie barošanas avoti: augstfrekvences ierīces parasti ir ļoti jutīgas pret digitālo troksni, tāpēc abas ir jāizolē un jāsavieno kopā pie barošanas avota ieejas. Ja signālam jāšķērso gan analogais, gan digitālais domēns, signālam var novietot cilpu, lai samazinātu cilpas laukumu.
• Izvairieties no atsevišķu barošanas avotu pārklāšanās starp dažādiem slāņiem: mēģiniet tos sakārtot, lai novērstu strāvas padeves trokšņu vieglu savienošanu ar parazītu kapacitāti.
• Izolējiet jutīgas sastāvdaļas: komponenti, piemēram, fāzes bloķēšanas cilpas (PLL), ir ļoti jutīgi pret strāvas padeves troksni, un tie ir jātur pēc iespējas tālāk no barošanas avota.
• Strāvas vada novietošana: Strāvas līnijas novietošana blakus signāla līnijai var samazināt signāla cilpu un panākt trokšņa samazināšanu.
• Apvedceļa zemējums: lai novērstu uzkrāto troksni, ko rada strāvas padeves traucējumi shēmas platē un ārējā barošanas avota traucējumi, apvada ceļu var iezemēt uz traucējumu ceļa (izņemot starojumu), ļaujot apiet troksni uz zemi un izvairoties no traucējumiem citas ierīces un aprīkojums.

Nobeigumā:Strāvas padeves troksnis, kas rodas tieši vai netieši no barošanas avota, traucē ķēdei. Apspiežot tā ietekmi uz ķēdi, jāievēro vispārējs princips: līdz minimumam samazināt barošanas avota trokšņa ietekmi uz ķēdi, vienlaikus samazinot ārējo faktoru vai ķēdes ietekmi uz barošanas bloku, lai novērstu barošanas avota trokšņa pasliktināšanos.