PCB-Neuigkeiten - Gegenmaßnahmen gegen Störgeräusche im Leiterplattendesign

Verteiltes Rauschen, das durch die inhärente Impedanz des Netzteils verursacht wird. In Hochfrequenz-Leiterplatte, Stromversorgungsgeräusche wirken sich stärker auf Hochfrequenzsignale aus. Daher, Ein geräuscharmes Netzteil ist zunächst erforderlich. Ein sauberer Boden ist genauso wichtig wie eine saubere Stromversorgung; Gleichtaktfeldstörungen. Bezieht sich auf das Geräusch zwischen dem Netzteil und dem Boden. Es ist die Störung, die durch die Gleichtaktspannung verursacht wird, die durch die Schleife verursacht wird, die durch die gestörte Schaltung und die gemeinsame Referenzfläche einer bestimmten Stromversorgung gebildet wird. Sein Wert hängt vom relativen elektrischen Feld und Magnetfeld ab. Die Stärke hängt von der Stärke ab.

In Hochfrequenz-Leiterplatten, Eine wichtigere Art von Störung ist Stromversorgungsgeräusch. Durch systematische Analyse der Eigenschaften und Ursachen von Leistungsgeräuschen Hochfrequenz-Leiterplatten, kombiniert mit technischen Anwendungen, einige sehr effektive und einfache Lösungen werden vorgeschlagen.

Analyse des Stromversorgungsgeräusches

Stromversorgungsgeräusche bezeichnet das Geräusch, das durch das Netzteil selbst erzeugt oder durch Störungen verursacht wird. Die Störung manifestiert sich in den folgenden Aspekten:

1) Verteiltes Rauschen, das durch die inhärente Impedanz der Stromversorgung selbst verursacht wird. In Hochfrequenzschaltungen hat Stromversorgungsgeräusche einen größeren Einfluss auf hochfrequente Signale. Daher ist zunächst eine rauscharme Stromversorgung erforderlich. Ein sauberer Boden ist genauso wichtig wie eine saubere Stromquelle.

Idealerweise, das Netzteil hat keine Impedanz, so gibt es keinen Lärm. Allerdings, die eigentliche Stromversorgung hat eine bestimmte Impedanz, und die Impedanz wird auf das gesamte Netzteil verteilt. Daher, Geräusche werden auch auf das Netzteil überlagert. Daher, Die Impedanz der Stromversorgung sollte so weit wie möglich reduziert werden, und es ist am besten, eine dedizierte Leistungsschicht und Bodenschicht zu haben. In Hochfrequenzschaltung, Es ist generell besser, die Stromversorgung in Form einer Schicht als in Form eines Busses zu gestalten, so dass die Schleife immer dem Pfad mit der geringsten Impedanz folgen kann. Darüber hinaus, Die Power Board muss auch eine Signalschleife für alle erzeugten und empfangenen Signale auf dem Leiterplatte, so dass die Signalschleife minimiert werden kann, dadurch Lärmreduzierung.

2) Feldstörungen im Gleichtaktmodus. Bezieht sich auf das Geräusch zwischen dem Netzteil und dem Boden. Es ist die Störung, die durch die Gleichtaktspannung verursacht wird, die durch die Schleife verursacht wird, die durch die gestörte Schaltung und die gemeinsame Referenzfläche einer bestimmten Stromversorgung gebildet wird. Sein Wert hängt vom relativen elektrischen Feld und Magnetfeld ab. Die Stärke hängt von der Stärke ab.

Auf diesem Kanal verursacht ein Abfall in Ic eine Gleichtaktspannung in der Reihenstromschleife, die sich auf den Empfangsteil auswirkt. Ist das Magnetfeld dominant, so beträgt der Wert der Gleichtaktspannung, die in der Reihenerdschleife erzeugt wird:

Vcm =Ÿà³B/â¿t) * S (1)

In Formel (1) ist ΔB die Änderung der magnetischen Flussdichte, Wb/m2; S ist die Fläche, m2.

Wenn es sich um ein elektromagnetisches Feld handelt und sein elektrischer Feldwert bekannt ist, ist seine induzierte Spannung:

Vcm = (L*h*F*E/48) (2)

Gleichung (2) gilt im Allgemeinen für L=150/F oder weniger, wobei F die Frequenz elektromagnetischer Wellen in MHz ist.

Wird dieser Grenzwert überschritten, kann die Berechnung der maximal induzierten Spannung vereinfacht werden:

Vcm.2*h*E (3)

3) Feldstörungen im Differenzmodus. Bezieht sich auf die Interferenz zwischen dem Netzteil und den Ein- und Ausgangsleitungen. Im eigentlichen PCB-Design fand der Autor heraus, dass sein Anteil am Stromversorgungsgeräusch sehr gering ist, so dass es nicht notwendig ist, es hier zu diskutieren.

4) Interline Interferenz. Bezieht sich auf Interferenzen zwischen Stromleitungen. Wenn es gegenseitige Kapazität C und gegenseitige Induktivität M1-2 zwischen zwei verschiedenen parallelen Schaltungen gibt, wenn es Spannung VC und Strom IC in der Störquellenschaltung gibt, wird der gestörte Schaltkreis erscheinen:

a. Die durch die kapazitive Impedanz gekoppelte Spannung ist

Vcm

In Formel (4) ist Rv der Parallelwert des Nah-End-Widerstands und des Fern-End-Widerstands der gestörten Schaltung.

b. Reihenwiderstand durch induktive Kupplung

V.M1-2*

Wenn es in der Störquelle Gleichtaktrauschen gibt, nimmt die Leitung-zu-Leitung-Störung im Allgemeinen die Form von Gleichtakt- und Differenzmodus an.

5) Stromleitung Kupplung. Es bezieht sich auf das Phänomen, dass das Netzkabel, nachdem das AC- oder DC-Netzkabel elektromagnetischen Störungen ausgesetzt ist, die Störung an andere Geräte überträgt. Dies ist die indirekte Störung des Stromversorgungsgeräusches in die Hochfrequenzschaltung. Es ist zu beachten, dass das Rauschen der Stromversorgung nicht notwendigerweise von selbst erzeugt wird, sondern auch das Rauschen sein kann, das durch externe Störungen verursacht wird, und dann dieses Rauschen mit dem von sich selbst erzeugten Rauschen (Strahlung oder Leitung) überlagern kann, um andere Schaltungen oder Geräte zu stören.

Gegenmaßnahmen zur Beseitigung von Störgeräuschen der Stromversorgung

Angesichts der verschiedenen Manifestationen und Ursachen von Stromversorgungsgeräuschen, die oben analysiert wurden, können die Bedingungen, unter denen sie auftreten, gezielt zerstört werden, und die Störung von Stromversorgungsgeräuschen kann effektiv unterdrückt werden. Die Lösungen sind:

1) Achten Sie auf die Durchgangslöcher auf dem Brett. Das Durchgangsloch erfordert eine Öffnung auf der Leistungsschicht, die geätzt werden muss, um Platz für das Durchgangsloch zu lassen. Wenn die Öffnung der Leistungsschicht zu groß ist, wird sich dies unweigerlich auf die Signalschleife auswirken, das Signal wird gezwungen, zu umgehen, der Schleifenbereich wird zunehmen, und das Rauschen wird zunehmen. Zur gleichen Zeit, wenn einige Signalleitungen in der Nähe der Öffnung konzentriert sind und diese Schleife teilen, verursacht die gemeinsame Impedanz Übersprechen.

2) Ausreichende Massedrähte werden für die Verbindungsdrähte benötigt. Jedes Signal muss eine eigene dedizierte Signalschleife haben, und der Schleifenbereich des Signals und der Schleife ist so klein wie möglich, das heißt, das Signal und die Schleife müssen parallel sein.

3) Setzen Sie einen Rauschfilter für die Stromversorgung ein. Es kann das Rauschen innerhalb der Stromversorgung effektiv unterdrücken und die Störfestigkeit und Sicherheit des Systems verbessern. Und es ist ein Zwei-Wege-Hochfrequenzfilter, der nicht nur die von der Stromleitung eingeführten Störgeräusche filtern kann (um Störungen von anderen Geräten zu verhindern), sondern auch das von sich selbst erzeugte Rauschen herausfiltern kann (um Störungen mit anderen Geräten zu vermeiden) und den gemeinsamen Modus im seriellen Modus stören kann. Beide wirken hemmend.

4) Trenntransformator. Trennen Sie die Stromschleife oder die Gleichtakt-Masseschleife des Signalkabels, kann es den Gleichtakt-Schleifenstrom effektiv isolieren, der in der Hochfrequenz erzeugt wird.

5) Stromversorgungsregler. Ein sauberes Netzteil kann den Geräuschpegel des Netzteils erheblich reduzieren.

6) Verkabelung. Die Ein- und Ausgangsleitungen des Netzteils sollten nicht an der Kante der dielektrischen Platine verlegt werden, da es sonst leicht ist, Strahlung zu erzeugen und andere Schaltungen oder Geräte zu stören.

7) Separate analoge und digitale Netzteile. Hochfrequenzgeräte sind in der Regel sehr empfindlich gegenüber digitalem Rauschen, daher sollten beide getrennt und am Eingang der Stromversorgung miteinander verbunden werden. Wenn das Signal sowohl analoge als auch digitale Teile umfassen muss, kann eine Schleife an der Signalspanne platziert werden, um den Schleifenbereich zu reduzieren. Wie in Abbildung 4 gezeigt.

8) Vermeiden Sie Überschneidungen von separaten Netzteilen zwischen verschiedenen Schichten. Stagger sie so weit wie möglich, sonst wird das Netzrauschen leicht durch parasitäre Kapazität gekoppelt.

9) Empfindliche Bauteile isolieren. Einige Komponenten, wie z.B. Phase-Locked Loops (PLL), sind sehr empfindlich gegenüber Stromversorgungsgeräuschen. Halten Sie sie so weit wie möglich von der Stromversorgung entfernt.

10) Stecken Sie das Netzkabel. Um die Signalschleife zu reduzieren, kann das Rauschen reduziert werden, indem die Stromleitung am Rand der Signalleitung platziert wird.

11) Um zu verhindern, dass das Stromversorgungsgeräusch die Leiterplatte und das akkumulierte Rauschen stört, das durch die externe Störung auf der Stromversorgung verursacht wird, kann ein Bypass-Kondensator im Störpfad mit der Erde verbunden werden (außer Strahlung), so dass das Rauschen an den Boden umgangen werden kann, um eine Störung mit anderen Geräten und Geräten zu vermeiden.

Abschließend

Stromversorgungsgeräusche werden direkt oder indirekt von der Stromversorgung erzeugt und stören den Stromkreis. Bei der Unterdrückung seiner Auswirkungen auf die Schaltung sollte ein allgemeines Prinzip befolgt werden. Einerseits sollte das Netzgeräusch so weit wie möglich verhindert werden. Der Einfluss der Schaltung sollte andererseits auch den Einfluss der Außenseite oder des Schaltkreises auf die Stromversorgung minimieren, um das Rauschen der Stromversorgung nicht zu verschlechtern.