Pagsusuri at Pagbawas ng Ingay ng Power Supply sa High-Frequency na Proseso ng Disenyo ng PCB

Sa mataas na dalas ng PCBs, namumukod-tangi ang ingay ng power supply bilang isang makabuluhang anyo ng interference. Ang artikulong ito ay nagsasagawa ng komprehensibong pagsusuri ng mga katangian at pinagmulan ng ingay ng power supply sa mga high-frequency na PCB, at nag-aalok ng praktikal at epektibong mga solusyon batay sa mga aplikasyon sa engineering.

A.Pagsusuri ng Power Supply Ingay

Ang ingay ng power supply ay tumutukoy sa ingay na nabuo o nagambala ng mismong power supply. Ang interference na ito ay makikita sa mga sumusunod na aspeto:

1. Naipamahagi ang ingay na nagreresulta mula salikas na impedanceng power supply. Sa mga high-frequency na circuit, ang ingay ng power supply ay makabuluhang nakakaapekto sa mga high-frequency na signal. Samakatuwid, ang paunang kinakailangan ay isang mababang ingaysuplay ng kuryente. Ang parehong mahalaga ay malinis na lupa at suplay ng kuryente.

Sa isang perpektong senaryo, ang power supply ay magigingwalang impedance, na nagreresulta sa walang ingay. Gayunpaman, sa pagsasagawa, ang power supply ay nagtataglay ng isang tiyak na impedance, na ipinamamahagi sa buong supply ng kuryente, na humahantong sa superimposition ng ingay. Samakatuwid, ang mga pagsisikap ay dapat gawin upang mabawasan ang impedance ng suplay ng kuryente. Mas mainam na magkaroon ng isang nakatuon eroplano ng kuryenteateroplano sa lupa. Sa disenyo ng high-frequency na circuit, sa pangkalahatan ay mas epektibo ang disenyo ng power supply sa mga layer kaysa sa isang bus format, na tinitiyak na ang loop ay patuloy na sumusunod sa landas na may pinakamaliit na impedance. Bilang karagdagan, ang power board ay nagbibigay ng aloop ng signalpara sa lahat ng mga signal na nabuo at natanggap sa PCB, sa gayon ay pinapaliit ang signal loop at binabawasan ang ingay.

2. Common Mode Field Interference: Ang ganitong uri ng interference ay tumutukoy sa ingay sa pagitan ng power supply at ng lupa. Ito ay nagmumula sa interference na dulot ng isang loop na nabuo ng disrupted circuit at ang common mode voltage na nagreresulta mula sa common reference surface. Ang magnitude ay nakasalalay sa mga kamag-anak na electric at magnetic field, at ang intensity nito ay medyo mababa.

Sa sitwasyong ito, ang pagbaba sa kasalukuyang (Ic) ay humahantong sa isang common-mode na boltahe sa serye.kasalukuyang loop, na nakakaapekto sa seksyon ng pagtanggap. Kung angmagnetic fieldnangingibabaw, ang karaniwang boltahe ng mode na nabuo sa serye ng ground loop ay ibinibigay ng formula:

Ang ΔB sa formula (1) ay kumakatawan sa pagbabago sa magnetic induction intensity, na sinusukat sa Wb/m²; Ang S ay nagsasaad ng lugar sa m².

Para sa isangelectromagnetic field, kapag ang electric field alam ang halaga, ang induced na boltahe ay ibinibigay ng Equation (2), na karaniwang naaangkop kapag L=150/F o mas mababa, na ang F ay kumakatawan sadalas ng electromagnetic wavesa MHz. Kung nalampasan ang limitasyong ito, ang pagkalkula ng maximum na induced na boltahe ay maaaring gawing simple tulad ng sumusunod:

3. Differential Mode Field Interference: Ito ay tumutukoy sa interference sa pagitan ng power supply at nglinya ng kuryente ng input at outputs. Sa aktwal na disenyo ng PCB, napagmasdan ng may-akda na ang kontribusyon nito sa ingay ng power supply ay minimal, at sa gayon ay maaaring tanggalin dito.
4. Interline Interference: Ang ganitong uri ng interference ay tumutukoy sa interference sa pagitan ng mga linya ng kuryente. Kapag may mutual capacitance (C) at mutual inductance (M1-2) sa pagitan ng dalawang magkaibang parallel circuit, ang interference ay makikita sa interfered circuit kung mayroong boltahe (VC) at current (IC) sa interference source circuit:
   1. Ang boltahe na isinama sa pamamagitan ng capacitive impedance ay ibinibigay ng Equation (4), kung saan ang RV ay kumakatawan sa parallel na halaga ngmalapit na paglabanat angmalayong paglabannginterfered circuit.
   2. Series resistance sa pamamagitan ng inductive coupling: Kung mayroong common mode noise sa interference source, ang interline interference ay karaniwang lumalabas sa parehong common mode at differential mode.
5. Power Line Coupling: Ang kababalaghan na ito ay nangyayari kapag ang linya ng kuryente ay nagpapadala ng mga interference sa iba pang mga aparato pagkatapos na sumailalim saelectromagnetic interferencemula sa AC o DC pinagmumulan ng kuryenteIto ay kumakatawan sa isang hindi direktang anyo ng power supply noise interference sa mataas na dalas ng circuits. Mahalagang tandaan na ang ingay sa supply ng kuryente ay maaaring hindi nangangahulugang self-generated, ngunit maaari ring magresulta mula sa external interference induction, na humahantong sa superimposition (radiated o conduct) ng ingay na nabuo nang mag-isa, at sa gayon ay nakakasagabal sa iba pang mga circuit o device.

• Mga Countermeasures para Tanggalin ang Power Supply Noise Interference

Isinasaalang-alang ang iba't ibang mga pagpapakita at mga sanhi ng panghihimasok ng ingay sa supply ng kuryente na nasuri sa itaas, ang mga kundisyon na humahantong sa ingay ng power supply ay maaaring partikular na magambala, na epektibong pinipigilan ang pagkagambala. Ang mga sumusunod na solusyon ay inirerekomenda:

• Pansin saBoard Through Holes: Sa pamamagitan ng mga butas kailanganpag-ukit ng pagbubukass salayer ng suplay ng kuryenteupang mapaunlakan ang kanilang pagdaan. Kung ang pagbubukas ng power layer ay masyadong malaki, maaari itong makaapekto sa signal loop, na pinipilit ang signal na mag-bypass at tumataas ang loop area at ingay. Kung ang ilang mga linya ng signal ay puro malapit sa pagbubukas at ibahagi ang loop na ito, ang karaniwang impedance ay maaaring humantong sa crosstalk.
• Sapat na Ground Wire para sa Mga Kable: Ang bawat signal ay nangangailangan ng sarili nitong nakalaang signal loop, na ang signal at loop area ay pinananatiling maliit hangga't maaari, na tinitiyak ang parallel alignment.
• Paglalagay ng Power Supply Noise Filter: Ang filter na ito ay epektibong pinipigilan ang panloob na ingay ng supply ng kuryente, na nagpapahusay ng sistemalaban sa panghihimasokat kaligtasan. Ito ay nagsisilbing two-wayRF filter, pag-filter ng ingay na interference na ipinakilala mula sa linya ng kuryente (pag-iwas sa interference mula sa iba pang mga device) at ingay na nabuo nang mag-isa (upang maiwasan ang interference sa iba pang mga device), pati na rin ang cross-mode common mode interference.
• Power IsolationTransformer: Inihihiwalay nito ang common-mode ground loop ngpower supply loopor signal cable, epektibong naghihiwalay sa kasalukuyang loop ng common-mode na nabuo sa mataas na frequency.
• Power Regulation: Ang pagpapanumbalik ng mas malinis na power supply ay maaaring makabuluhang bawasan ang ingay ng power supply.
• Mga kable: Ang mga linya ng input at output ng power supply ay dapat itago sa gilid ng dielectric board upang maiwasan ang pagbuo ng radiation at makagambala sa iba pang mga circuit o kagamitan.
• Paghiwalayin ang Analog at Digital Power Supplies: Ang mga high-frequency na device ay karaniwang napakasensitibo sa digital noise, kaya dapat na ihiwalay at konektado ang dalawa sa pasukan ng power supply. Kung ang isang signal ay kailangang tumawid sa parehong analog at digital na mga domain, maaaring maglagay ng loop sa buong signal upang bawasan ang loop area.
• Iwasan ang Magpatong-patong na Magkahiwalay na Power Supplies sa Pagitan ng Iba't Ibang Layers: Subukang i-stagger ang mga ito upang maiwasan ang ingay ng power supply na madaling pagsamahin sa pamamagitan ng parasitic capacitance.
• Ihiwalay ang Sensitibong Mga Bahagi: Ang mga bahagi tulad ng mga phase-locked loops(PLLs) ay lubhang sensitibo sa ingay ng power supply at dapat na panatilihing malayo hangga't maaari mula sa power supply.
• Paglalagay ng Power Cord: Ang paglalagay ng linya ng kuryente sa tabi ng linya ng signal, ay maaaring mabawasan ang signal loop at makamit ang pagbabawas ng ingay.
• Bypass Path Grounding: Upang maiwasan ang naipon na ingay na dulot ng power supply interference sa circuit board at external power supply interference, ang bypass path ay maaaring i-ground sa interference path (hindi kasama ang radiation), na nagpapahintulot sa ingay na ma-bypass sa ground at maiwasan ang interference sa iba pang mga kagamitan at kagamitan.

Sa konklusyon:Ang ingay ng power supply, direkta man o hindi direktang nabuo mula sa power supply, ay nakakasagabal sa circuit. Kapag pinipigilan ang impluwensya nito sa circuit, dapat sundin ang isang pangkalahatang prinsipyo: bawasan ang epekto ng ingay ng power supply sa circuit habang binabawasan din ang impluwensya ng mga panlabas na salik o ang circuit sa power supply upang maiwasan ang pagkasira ng ingay ng power supply.