Analiza și atenuarea zgomotului sursei de alimentare în procesul de proiectare a PCB de înaltă frecvență

În PCB de înaltă frecvențăs, zgomotul sursei de alimentare iese în evidență ca o formă semnificativă de interferență. Acest articol realizează o analiză cuprinzătoare a caracteristicilor și originii zgomotului sursei de alimentare în PCB-urile de înaltă frecvență și oferă soluții practice și eficiente bazate pe aplicații de inginerie.

O.Analiza zgomotului sursei de alimentare

Zgomotul sursei de alimentare se referă la zgomotul generat sau perturbat de sursa de alimentare în sine. Această interferență este evidentă în următoarele aspecte:

1. Zgomot distribuit rezultat dinimpedanța inerentăa sursei de alimentare. În circuitele de înaltă frecvență, zgomotul sursei de alimentare are un impact semnificativ asupra semnalelor de înaltă frecvență. Prin urmare, cerința inițială este un zgomot redusalimentare electrică. La fel de esențiale sunt pământul curat și sursa de alimentare.

Într-un scenariu ideal, sursa de alimentare ar fifără impedanță, rezultând fără zgomot. Cu toate acestea, în practică, sursa de alimentare posedă o anumită impedanță, care este distribuită pe întreaga sursă de alimentare, ducând la suprapunerea zgomotului. Prin urmare, ar trebui făcute eforturi pentru a minimiza impedanța sursei de alimentare. Este de preferat sa ai un dedicat avion de putereşiplan de sol. În proiectarea circuitelor de înaltă frecvență, este în general mai eficient să proiectați sursa de alimentare în straturi, mai degrabă decât într-un format de magistrală, asigurându-vă că bucla urmează în mod constant calea cu cea mai mică impedanță. În plus, placa de alimentare oferă obucla de semnalpentru toate semnalele generate și primite pe PCB, minimizând astfel bucla de semnal și reducând zgomotul.

2. Interferență de câmp în modul comun: Acest tip de interferență se referă la zgomotul dintre sursa de alimentare și masă. Ea rezultă din interferența cauzată de o buclă formată de circuitul întrerupt și tensiunea de mod comun rezultată din suprafața de referință comună. Mărimea depinde de câmpurile electrice și magnetice relative, iar intensitatea acestuia este relativ scăzută.

În acest scenariu, scăderea curentului (Ic) duce la o tensiune de mod comun în seriebucla de curent, impactând secțiunea de recepție. Dacăcâmp magneticpredomină, tensiunea de mod comun generată în bucla de masă în serie este dată de formula:

ΔB în formula (1) reprezintă modificarea intensității inducției magnetice, măsurată în Wb/m²; S desemnează aria în m².

Pentru uncâmp electromagnetic, când câmp electric valoarea este cunoscută, tensiunea indusă este dată de ecuația (2), care este aplicabilă în general atunci când L=150/F sau mai puțin, cu F reprezentândfrecvența undelor electromagneticeîn MHz. Dacă această limită este depășită, calculul tensiunii maxime induse poate fi simplificat astfel:

3. Interferență de câmp în mod diferențial: se referă la interferența dintre sursa de alimentare șilinie de alimentare de intrare și ieșires. În designul PCB propriu-zis, autorul a observat că contribuția sa la zgomotul sursei de alimentare este minimă și, prin urmare, poate fi omisă aici.
4. Interferente interlinie: Acest tip de interferență se referă la interferența dintre liniile de alimentare. Când există o capacitate reciprocă (C) și o inductanță reciprocă (M1-2) între două circuite paralele diferite, interferența se va manifesta în circuitul interferat dacă există tensiune (VC) și curent (IC) în circuitul sursei de interferență:
   1. Tensiunea cuplată prin impedanța capacitivă este dată de ecuația (4), unde RV reprezintă valoarea paralelă arezistență aproape de capătiar celrezistență la capătul îndepărtatalcircuit interferat.
   2. Rezistență în serie prin cuplare inductivă: Dacă există zgomot de mod comun în sursa de interferență, interferența interlinie apare în general atât în ​​modul comun, cât și în modul diferenţial.
5. Cuplaje pentru linia de alimentare: Acest fenomen apare atunci când linia de alimentare transmite interferențe către alte dispozitive după ce a fost supusăinterferențe electromagneticede la AC sau DC sursa de alimentareAceasta reprezintă o formă indirectă de interferență a zgomotului sursei de alimentare circuit de înaltă frecvențăs. Este important de reținut că zgomotul sursei de alimentare nu poate fi neapărat generat de sine, dar poate rezulta și din inducția interferențelor externe, ceea ce duce la suprapunerea (radiată sau condusă) a zgomotului generat de el însuși, interferând astfel cu alte circuite sau dispozitive.

• Contramăsuri pentru eliminarea interferențelor de zgomot la sursa de alimentare

Având în vedere diferitele manifestări și cauze ale interferenței zgomotului surselor de alimentare analizate mai sus, condițiile care conduc la zgomotul sursei de alimentare pot fi perturbate în mod specific, suprimând efectiv interferența. Se recomandă următoarele soluții:

• Atentie laPlacă prin gauras: Găurile traversante necesitădeschidere de gravares pestratul de alimentarepentru a acomoda trecerea lor. Dacă deschiderea stratului de putere este prea mare, aceasta poate afecta bucla de semnal, forțând semnalul să ocolească și crescând zona buclei și zgomotul. Dacă anumite linii de semnal sunt concentrate în apropierea deschiderii și împărtășesc această buclă, impedanța comună poate duce la diafonie.
• Fir de împământare suficient pentru cabluri: Fiecare semnal necesită propria buclă de semnal dedicată, cu semnalul și zona buclei menținute cât mai mici posibil, asigurând alinierea paralelă.
• Amplasarea filtrului de zgomot al sursei de alimentare: acest filtru suprimă eficient zgomotul intern al sursei de alimentare, îmbunătățind sistemulanti-interferențăsi siguranta. Acesta servește ca un cu două sensurifiltru RF, eliminând interferențele de zgomot introduse de la linia de alimentare (prevenirea interferențelor de la alte dispozitive) și zgomotul generat de el însuși (pentru a evita interferențele cu alte dispozitive), precum și interferența în mod comun încrucișat.
• Izolarea puteriiTransformator: Aceasta izolează bucla de masă în modul comun acablu de semnal bucla de alimentare, separând efectiv curentul în buclă de mod comun generat la frecvențe înalte.
• Reglarea puterii: restabilirea unei surse de alimentare mai curate poate reduce semnificativ zgomotul sursei de alimentare.
• Cablaj: Liniile de intrare și ieșire ale sursei de alimentare trebuie ținute departe de marginea plăcii dielectrice pentru a evita generarea de radiații și interferarea cu alte circuite sau echipamente.
• Surse de alimentare analogice și digitale separate: dispozitivele de înaltă frecvență sunt în general foarte sensibile la zgomotul digital, așa că cele două ar trebui să fie izolate și conectate împreună la intrarea sursei de alimentare. Dacă un semnal trebuie să traverseze atât domeniul analogic, cât și cel digital, o buclă poate fi plasată peste semnal pentru a reduce zona buclei.
• Evitați suprapunerea surselor de alimentare separate între straturi diferite: încercați să le eșalonați pentru a preveni cuplarea cu ușurință a zgomotului sursei de alimentare prin capacitatea parazită.
• Izolați componentele sensibile: Componentele precum buclele blocate în fază (PLL) sunt foarte sensibile la zgomotul sursei de alimentare și trebuie păstrate cât mai departe posibil de sursa de alimentare.
• Plasarea cablului de alimentare: Plasarea unei linii de alimentare lângă linia de semnal poate reduce bucla de semnal și poate obține reducerea zgomotului.
• Împământare cale de ocolire: Pentru a preveni zgomotul acumulat cauzat de interferența sursei de alimentare pe placa de circuit și interferența sursei de alimentare externă, calea de ocolire poate fi împământată pe calea de interferență (cu excepția radiațiilor), permițând zgomotului să fie ocolit la sol și evitând interferența cu alte dispozitive și echipamente.

În concluzie:Zgomotul de alimentare, indiferent dacă este generat direct sau indirect de la sursa de alimentare, interferează cu circuitul. La suprimarea influenței sale asupra circuitului, trebuie urmat un principiu general: minimizați impactul zgomotului sursei de alimentare asupra circuitului, reducând și influența factorilor externi sau a circuitului asupra sursei de alimentare pentru a preveni degradarea zgomotului sursei de alimentare.