Leiterplatte Blog - Rauschen auf Leiterplattenschaltung

Für den Lärm auf dem Leiterplatte, wenn festgestellt wird, dass elektromagnetische Störungen in der digitalen Schaltung auftreten, Der Hauptgrund ist, dass die offensichtliche Rauschspannung an der Stromleitung und der Erdungsleitung mit einem Oszilloskop beobachtet werden kann. Obwohl viele Menschen schließen können, dass diese Geräusche die Ursache von elektromagnetischen Störungen in Schaltkreisen sind, sie/Sie wissen nicht, wie sie sie lösen sollen. Um den Zweck der Lärmbekämpfung zu erreichen, Es ist notwendig, zuerst zu verstehen, wie diese Geräusche erzeugt werden.

1. Noise on the power line
For a typical gate circuit output stage, wenn die Leistung hoch ist, Q3 ist eingeschaltet und Q4 ist ausgeschaltet; wenn der Ausgang niedrig ist, Q3 ist ausgeschaltet und Q4 ist eingeschaltet. Beide Zustände erzeugen eine hohe Impedanz zwischen Stromversorgung und Masse, die den Stromfluss von der Stromversorgung begrenzt. Wenn sich der Zustand ändert, Q3 und Q4 werden vorübergehend gleichzeitig eingeschaltet. Zur Zeit, Zwischen Stromversorgung und Erdung entsteht eine kurzzeitige niederohmige Impedanz, resultierend in einem Spitzenstrom von 30-100 mA. Wenn der Gate-Ausgangspegel von niedrig nach hoch wechselt, Das Netzteil hält nicht nur den Ausgangsstrom aufrecht, aber lädt auch die parasitäre Kapazität, um diesen Stromspitzen zu sättigen. Da die Stromleitung unterschiedliche Induktivitätsgrade hat, wenn sich der Strom plötzlich ändert, eine induzierte Spannung erzeugt wird. Dies ist das beobachtete Rauschen auf der Stromleitung. Aufgrund der Impedanz der Stromleitung tritt ein kurzer Spannungsabfall auf.

2. Noise on the ground
When the above-mentioned peak current is generated, Strom wird auch auf dem Erdungskabel fließen, besonders wenn der Ausgangspegel von hoch nach niedrig wechselt, die parasitäre Kapazität wird entladen, und der Spitzenstrom auf dem Erdungskabel ist größer. Da der Erdungskabel immer unterschiedliche Induktivitätsgrade hat, Spannung wird auch induziert, was zu Erdungskabelgeräuschen führt. Geräusche am Boden und Stromleitungen führen nicht nur dazu, dass der Stromkreis schlecht läuft, aber auch starke elektromagnetische Strahlung erzeugen. "Icc" (current on power supply): The amplitude is different at different output states. Wenn stabil, der Strom ist auch stabil. Wenn die Ausgabe von niedrig nach hoch wechselt, es wird sofort kurzgeschlossen, die aktuellen Steigerungen, und die parasitäre Kapazität wird gleichzeitig geladen, und der Strom größer ist; wenn der Ausgangspegel von hoch nach niedrig wechselt, es wird sofort kurzgeschlossen, und der aktuelle Anstieg, aber die parasitäre Kapazität ist nicht geladen, So ist der Strom kleiner als wenn der Ausgangspegel von niedrig nach hoch wechselt. Voltage "Vcc" (voltage on power supply): When Icc changes abruptly, Die Induktivität L der Stromleitung erzeugt eine induzierte Spannung "Ldi/dt". "Ig" (ground current): The current on the power line and the discharge of parasitic capacitances in the circuit. Der Ausgang ist stabil und der Strom ist stabil. Wenn der Ausgangspegel von niedrig nach hoch wechselt, Es gibt einen sofortigen Kurzschluss und der Strom steigt. Wenn der Ausgangspegel von hoch nach niedrig wechselt, es gibt einen sofortigen Kurzschluss, die aktuellen Steigerungen, und die parasitäre Kapazität entladen gleichzeitig, und der aktuelle Spitzenwert ist größer als der, wenn der Ausgangspegel von niedrig nach hoch wechselt. "Vg" (ground wire voltage): When the "Ig" changes suddenly, Die Induktivität L des Erdungskabels hat eine induzierte Spannung "Ldi/dt".

Stromleitung, ground line noise voltage waveform
Although the method to solve the noise voltage of the ground line can set the power line grid on the circuit board to reduce the inductance, aber es nimmt viel Verdrahtungsraum in Anspruch. Um die Induktivität der Stromversorgungsleitung zu reduzieren, Die folgenden Methoden können verwendet werden: Verwenden Sie den Energiespeicherkondensator, deren Funktion darin besteht, den Chip mit dem großen Strom zu versorgen, der benötigt wird, wenn sich der Ausgangszustand der Schaltung ändert, Dadurch wird die induzierte Rauschspannung reduziert und die Strommutation vermieden. Speicherkondensatoren begrenzen Stromänderungen auf einen kleinen Bereich und reduzieren Strahlung, so add some storage capacitors when using power line grids or power line planes (power systems have small inductance) on the circuit board. Weil der Energiespeicherkondensator transient hohe Energie für den Chip bereitstellt, Es sollte in der Verdrahtungsphase so nah wie möglich am Chip sein, das ist, Die Fläche des Stromversorgungskreislaufs des Energiespeicherkondensators sollte so klein wie möglich sein, oder der Abstand zwischen dem Energiespeicherkondensator und dem Chip-Netzteilanschluss und dem Erdanschluss sollte so klein wie möglich gehalten werden. Die Spuren sollten so kurz wie möglich sein. Die Länge der Leiterbahn zwischen dem Chip und dem Energiespeicherkondensator ist die Länge der Chip-eigenen Pins plus die Länge der Leiterplatte-Spur. Daher, um die Gesamtlänge dieser beiden Teile zu reduzieren, Es ist notwendig, Chips mit Stromanschlüssen und Massepunkten nahe beieinander auszuwählen, und vermeiden Sie die Verwendung von Chiphalterungen, Aufputzspäne, etc. Darüber hinaus, nach der Entladung des Energiespeicherkondensators jedes Chips, Die Ladung muss rechtzeitig aufgefüllt werden, um sich auf die nächste Entladung vorzubereiten. Um die Störung des Stromversorgungssystems zu reduzieren, Die Ladung kann durch einen Kondensator bereitgestellt werden, der Sekundärenergiespeicher genannt wird. Wenn es wenige Chips auf der Platine gibt, Ein Sekundärenergiespeicherkondensator kann am Eingang der Stromleitung installiert werden. Die Kapazität des Sekundärenergiespeicherkondensators sollte mehr als das 5-fache der Gesamtkapazität des Chip-Energiespeicherkondensators betragen. Wenn sich viele Chips auf der Platine befinden, Stellen Sie alle 5 bis 10 Chips einen Sekundärenergiespeicherkondensator ein. Für diesen Kondensator sollten Tantalkondensatoren verwendet werden, und die Serieninduktivität sollte so klein wie möglich sein. Verwenden Sie keine Aluminium-Elektrolytkondensatoren, um interne Induktivität auf Leiterplatte.