Analiza dhe zbutja e zhurmës së furnizimit me energji elektrike në procesin e projektimit të PCB-ve me frekuencë të lartë

Në PCB me frekuencë të lartës, zhurma e furnizimit me energji shquhet si një formë e rëndësishme e ndërhyrjes. Ky artikull kryen një analizë gjithëpërfshirëse të karakteristikave dhe origjinës së zhurmës së furnizimit me energji elektrike në PCB-të me frekuencë të lartë dhe ofron zgjidhje praktike dhe efektive bazuar në aplikacionet inxhinierike.

A.Analiza e zhurmës së furnizimit me energji elektrike

Zhurma e furnizimit me energji i referohet zhurmës së krijuar ose ndërprerë nga vetë furnizimi me energji elektrike. Kjo ndërhyrje është e dukshme në aspektet e mëposhtme:

1. Zhurma e shpërndarë që rezulton ngaimpedancë e qenësishmetë furnizimit me energji elektrike. Në qarqet me frekuencë të lartë, zhurma e furnizimit me energji ndikon ndjeshëm në sinjalet me frekuencë të lartë. Prandaj, kërkesa fillestare është një zhurmë e ulëtfurnizimi me energji elektrike. Po aq të rëndësishme janë toka e pastër dhe furnizimi me energji elektrike.

Në një skenar ideal, furnizimi me energji elektrike do të ishtepa impedancë, duke rezultuar pa zhurmë. Megjithatë, në praktikë, furnizimi me energji posedon një rezistencë të caktuar, e cila shpërndahet në të gjithë furnizimin me energji elektrike, duke çuar në mbivendosjen e zhurmës. Prandaj, duhet të bëhen përpjekje për të minimizuar rezistencën e furnizimit me energji elektrike. Preferohet të ketë një të dedikuar avioni i fuqisëdheavioni tokësor. Në dizajnin e qarkut me frekuencë të lartë, përgjithësisht është më efektive të projektohet furnizimi me energji në shtresa dhe jo në një format autobusi, duke siguruar që laku të ndjekë vazhdimisht rrugën me rezistencën më të vogël. Për më tepër, bordi i energjisë siguron njëlaku i sinjalitpër të gjitha sinjalet e gjeneruara dhe të marra në PCB, duke minimizuar rrjedhën e sinjalit dhe duke reduktuar zhurmën.

2. Ndërhyrja në terren në modalitetin e zakonshëm: Ky lloj i ndërhyrjes ka të bëjë me zhurmën midis furnizimit me energji elektrike dhe tokës. Ajo lind nga ndërhyrja e shkaktuar nga një lak i formuar nga qarku i ndërprerë dhe tensioni i modalitetit të përbashkët që rezulton nga sipërfaqja e përbashkët e referencës. Madhësia varet nga fushat relative elektrike dhe magnetike, dhe intensiteti i saj është relativisht i ulët.

Në këtë skenar, ulja e rrymës (Ic) çon në një tension të modalitetit të përbashkët në sericikli aktual, duke ndikuar në seksionin marrës. Nësefushë magnetikembizotëron, voltazhi i modalitetit të përbashkët i gjeneruar në lakun e tokës së serisë jepet me formulën:

ΔB në formulën (1) paraqet ndryshimin në intensitetin e induksionit magnetik, i matur në Wb/m²; S tregon sipërfaqen në m².

Për njëfushë elektromagnetike, kur fushë elektrike vlera është e njohur, tensioni i induktuar jepet nga ekuacioni (2), i cili është përgjithësisht i zbatueshëm kur L=150/F ose më pak, me F që përfaqësonfrekuenca e valëve elektromagnetikenë MHz. Nëse ky kufi tejkalohet, llogaritja e tensionit maksimal të induktuar mund të thjeshtohet si më poshtë:

3. Ndërhyrja në terren në modalitetin diferencial: Kjo i referohet ndërhyrjes midis furnizimit me energji dhelinja e energjisë hyrëse dhe dalëses. Në dizajnin aktual të PCB-së, autori vërejti se kontributi i tij në zhurmën e furnizimit me energji elektrike është minimal, dhe kështu mund të hiqet këtu.
4. Ndërhyrje në linjë: Ky lloj i interferencës i përket interferencës ndërmjet linjave të energjisë. Kur ka kapacitet të ndërsjellë (C) dhe induktivitet të ndërsjellë (M1-2) midis dy qarqeve të ndryshme paralele, ndërhyrja do të shfaqet në qarkun e ndërhyrë nëse ka tension (VC) dhe rrymë (IC) në qarkun e burimit të ndërhyrjes:
   1. Tensioni i lidhur përmes rezistencës kondensative jepet nga ekuacioni (4), ku RV përfaqëson vlerën paralele tërezistencë e afërtdherezistencë e skajshmetëqark i interferuar.
   2. Rezistenca e serisë përmes bashkimit induktiv: Nëse ka zhurmë të modalitetit të përbashkët në burimin e ndërhyrjes, ndërhyrja ndërlinjë zakonisht shfaqet si në modalitetin e përbashkët ashtu edhe në modalitetin diferencial.
5. Linja e lidhjes së energjisë elektrike: Ky fenomen ndodh kur linja e energjisë transmeton ndërhyrje në pajisje të tjera pasi i nënshtrohetinterferenca elektromagnetikenga AC ose DC burimi i energjisëKjo përfaqëson një formë indirekte të ndërhyrjes së zhurmës së furnizimit me energji elektrike qark me frekuencë të lartës. Është e rëndësishme të theksohet se zhurma e furnizimit me energji elektrike mund të mos jetë domosdoshmërisht e krijuar nga vetë, por mund të rezultojë gjithashtu nga induksioni i ndërhyrjes së jashtme, duke çuar në mbivendosjen (e rrezatuar ose të përcjellë) të zhurmës së gjeneruar vetë, duke ndërhyrë në qarqe ose pajisje të tjera.

• Kundërmasat për të eliminuar ndërhyrjen e zhurmës së furnizimit me energji elektrike

Duke marrë parasysh manifestimet dhe shkaqet e ndryshme të ndërhyrjes së zhurmës së furnizimit me energji të analizuara më sipër, kushtet që çojnë në zhurmën e furnizimit me energji mund të ndërpriten në mënyrë specifike, duke shtypur në mënyrë efektive ndërhyrjen. Rekomandohen zgjidhjet e mëposhtme:

• Vëmendje ndajBordi Përmes Vrimëss: Nëpër vrima të nevojshmehapje gravurës nështresa e furnizimit me energji elektrikepër të akomoduar kalimin e tyre. Nëse hapja e shtresës së energjisë është shumë e madhe, ajo mund të ndikojë në qarkun e sinjalit, duke e detyruar sinjalin të anashkalojë dhe duke rritur zonën e lakut dhe zhurmën. Nëse linja të caktuara sinjalesh përqendrohen pranë hapjes dhe ndajnë këtë lak, impedanca e përbashkët mund të çojë në ndërlidhje.
• Teli i mjaftueshëm i tokëzimit për kabllot: Çdo sinjal kërkon ciklin e vet të dedikuar të sinjalit, me zonën e sinjalit dhe lakut të mbajtur sa më të vogël që të jetë e mundur, duke siguruar shtrirje paralele.
• Vendosja e filtrit të zhurmës së furnizimit me energji elektrike: Ky filtër shtyp në mënyrë efektive zhurmën e brendshme të furnizimit me energji elektrike, duke përmirësuar sisteminkundër ndërhyrjesdhe sigurinë. Shërben si me dy drejtimeFiltër RF, filtrimi i ndërhyrjes së zhurmës së futur nga linja e energjisë (duke parandaluar ndërhyrjen nga pajisjet e tjera) dhe zhurmën e krijuar vetë (për të shmangur ndërhyrjet me pajisjet e tjera), si dhe ndërhyrjet e modalitetit të përbashkët të ndërthurjes.
• Izolimi i energjisëTransformator: Kjo izolon ciklin tokësor të modalitetit të përbashkët tëkabllo sinjali i qarkut të furnizimit me energji elektrike, duke ndarë në mënyrë efektive rrymën e lakut të modalitetit të përbashkët të krijuar në frekuenca të larta.
• Rregullimi i energjisë: Rivendosja e një furnizimi me energji më të pastër mund të zvogëlojë ndjeshëm zhurmën e furnizimit me energji elektrike.
• Lidhja elektrike: Linjat hyrëse dhe dalëse të furnizimit me energji elektrike duhet të mbahen larg skajit të tabelës dielektrike për të shmangur gjenerimin e rrezatimit dhe ndërhyrjen me qarqet ose pajisjet e tjera.
• Furnizimet e ndara me energji analoge dhe dixhitale: Pajisjet me frekuencë të lartë janë përgjithësisht shumë të ndjeshme ndaj zhurmës dixhitale, kështu që të dyja duhet të izolohen dhe lidhen së bashku në hyrjen e furnizimit me energji elektrike. Nëse një sinjal duhet të kalojë si domenet analoge ashtu edhe ato dixhitale, një lak mund të vendoset përgjatë sinjalit për të zvogëluar zonën e lakut.
• Shmangni mbivendosjen e furnizimeve të ndara me energji midis shtresave të ndryshme: Përpiquni t'i trondisni ato për të parandaluar që zhurma e furnizimit me energji të bashkohet lehtësisht përmes kapacitetit parazitar.
• Izoloni komponentët e ndjeshëm: Komponentët si unazat e bllokuara me faza (PLL) janë shumë të ndjeshme ndaj zhurmës së furnizimit me energji elektrike dhe duhet të mbahen sa më larg që të jetë e mundur nga furnizimi me energji elektrike.
• Vendosja e kordonit të energjisë: Vendosja e një linje rryme krahas linjës së sinjalit, mund të zvogëlojë qarkun e sinjalit dhe të arrijë reduktimin e zhurmës.
• Tokëzimi i rrugës së anashkalimit: Për të parandaluar zhurmën e akumuluar të shkaktuar nga ndërhyrja e furnizimit me energji elektrike në bordin e qarkut dhe ndërhyrja e jashtme e furnizimit me energji elektrike, shtegu i anashkalimit mund të tokëzohet në shtegun e interferencës (me përjashtim të rrezatimit), duke lejuar që zhurma të anashkalohet në tokë dhe të shmanget interferenca me pajisje dhe pajisje të tjera.

Në përfundim:Zhurma e furnizimit me energji elektrike, pavarësisht nëse krijohet drejtpërdrejt ose indirekt nga furnizimi me energji elektrike, ndërhyn në qark. Kur shtypni ndikimin e tij në qark, duhet të ndiqet një parim i përgjithshëm: minimizoni ndikimin e zhurmës së furnizimit me energji elektrike në qark duke zvogëluar gjithashtu ndikimin e faktorëve të jashtëm ose qarkut në furnizimin me energji elektrike për të parandaluar degradimin e zhurmës së furnizimit me energji elektrike.