Notizie PCB - Contromisure del rumore dell'alimentazione elettrica nella progettazione di PCB

Rumore distribuito causato dall'impedenza intrinseca dell'alimentazione elettrica. Nel PCB ad alta frequenza, il rumore dell'alimentazione elettrica ha un maggiore impatto sui segnali ad alta frequenza. Pertanto, è necessario innanzitutto un alimentatore a basso rumore. Un terreno pulito è importante tanto quanto un alimentatore pulito; interferenza di campo in modalità comune. Si riferisce al rumore tra l'alimentazione elettrica e il terreno. È l'interferenza causata dalla tensione di modalità comune causata dal ciclo formato dal circuito interferito e dalla superficie di riferimento comune di un certo alimentatore. Il suo valore dipende dal campo elettrico relativo e dal campo magnetico. La forza dipende dalla forza.

Nelle schede PCB ad alta frequenza, un tipo più importante di interferenza è il rumore dell'alimentazione elettrica. Attraverso l'analisi sistematica delle caratteristiche e delle cause del rumore di potenza su schede PCB ad alta frequenza, combinata con applicazioni ingegneristiche, vengono proposte alcune soluzioni molto efficaci e semplici.

Analisi del rumore dell'alimentazione elettrica

Il rumore dell'alimentazione elettrica si riferisce al rumore generato dall'alimentazione stessa o indotto da disturbi. L'interferenza si manifesta nei seguenti aspetti:

1) Rumore distribuito causato dall'impedenza intrinseca dell'alimentatore stesso. Nei circuiti ad alta frequenza, il rumore dell'alimentazione elettrica ha un impatto maggiore sui segnali ad alta frequenza. Pertanto, è necessario innanzitutto un alimentatore a basso rumore. Un terreno pulito è importante quanto una fonte di energia pulita.

Idealmente, l'alimentatore non ha impedenza, quindi non c'è rumore. Tuttavia, l'alimentatore effettivo ha una certa impedenza e l'impedenza è distribuita sull'intero alimentatore. Pertanto, anche il rumore sarà sovrapposto all'alimentazione elettrica. Pertanto, l'impedenza dell'alimentatore dovrebbe essere ridotta il più possibile ed è meglio avere uno strato di potenza dedicato e uno strato di terra. Nella progettazione di circuiti ad alta frequenza, è generalmente meglio progettare l'alimentazione elettrica sotto forma di strato che sotto forma di bus, in modo che il ciclo possa sempre seguire il percorso con la minore impedenza. Inoltre, la scheda di alimentazione deve anche fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sulla scheda PCB, in modo che il loop di segnale possa essere minimizzato, riducendo così il rumore.

2) Interferenza di campo in modalità comune. Si riferisce al rumore tra l'alimentazione elettrica e il terreno. È l'interferenza causata dalla tensione di modalità comune causata dal ciclo formato dal circuito interferito e dalla superficie di riferimento comune di un certo alimentatore. Il suo valore dipende dal campo elettrico relativo e dal campo magnetico. La forza dipende dalla forza.

Su questo canale, una caduta di Ic causerà una tensione in modalità comune nel ciclo di corrente di serie, che influenzerà la parte ricevente. Se il campo magnetico è dominante, il valore della tensione di modalità comune generata nell'anello di massa di serie è:

Vcm = - (△B/△t) * S (1)

Nella formula (1), ΔB è la variazione della densità del flusso magnetico, Wb/m2; S è l'area, m2.

Se si tratta di un campo elettromagnetico, quando il suo valore di campo elettrico è noto, la sua tensione indotta è:

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

L'equazione (2) si applica generalmente a L=150/F o meno, dove F è la frequenza delle onde elettromagnetiche in MHz.

Se tale limite viene superato, il calcolo della tensione massima indotta può essere semplificato per:

Vcm = 2*h*E (3)

3) Interferenza di campo di modalità differenziale. Si riferisce all'interferenza tra l'alimentazione e le linee di alimentazione in ingresso e in uscita. Nel design reale del PCB, l'autore ha scoperto che la sua proporzione nel rumore dell'alimentazione elettrica è molto piccola, quindi non è necessario discuterne qui.

4) Interferenza interlinea. Si riferisce a interferenze tra linee elettriche. Quando ci sono capacità reciproca C e induttanza reciproca M1-2 tra due circuiti paralleli diversi, se ci sono VC di tensione e IC di corrente nel circuito sorgente di interferenza, apparirà il circuito interferito:

a. La tensione accoppiata attraverso l'impedenza capacitiva è

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t (4)

In formula (4), Rv è il valore parallelo della resistenza di prossimità e della resistenza di estremità lontana del circuito interferito.

b. Resistenza di serie attraverso accoppiamento induttivo

V = M1-2*â O³Ic/â O³t (5)

Se c'è rumore in modalità comune nella sorgente di interferenza, l'interferenza linea-linea assume generalmente la forma di modalità comune e modalità differenziale.

5) Accoppiamento della linea elettrica. Si riferisce al fenomeno che dopo che il cavo di alimentazione CA o DC è sottoposto a interferenze elettromagnetiche, il cavo di alimentazione trasmette l'interferenza ad altri dispositivi. Questa è l'interferenza indiretta del rumore dell'alimentazione elettrica al circuito ad alta frequenza. Va notato che il rumore dell'alimentatore non è necessariamente generato da se stesso, ma può anche essere il rumore indotto da interferenze esterne, e quindi sovrapporre questo rumore al rumore generato da se stesso (radiazione o conduzione) per interferire con altri circuiti o dispositivi.

Contromisure per eliminare le interferenze acustiche dell'alimentazione elettrica

Alla luce delle diverse manifestazioni e cause dell'interferenza acustica dell'alimentazione elettrica analizzata sopra, le condizioni in cui si verificano possono essere distrutte in modo mirato e l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica può essere efficacemente soppressa. Le soluzioni sono:

1) Prestare attenzione ai fori passanti sul bordo. Il foro passante richiede un'apertura sullo strato di potere da incidere per lasciare spazio per il passaggio del foro passante. Se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, influenzerà inevitabilmente il loop del segnale, il segnale sarà costretto a bypassare, l'area del loop aumenterà e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all'apertura e condividono questo loop, l'impedenza comune causerà crosstalk.

2) I cavi di terra sufficienti sono richiesti per i cavi di collegamento. Ogni segnale deve avere un proprio loop di segnale dedicato e l'area del loop del segnale e del loop è il più piccolo possibile, vale a dire, il segnale e il loop devono essere paralleli.

3) Posizionare un filtro di rumore dell'alimentazione elettrica. Può efficacemente sopprimere il rumore all'interno dell'alimentazione elettrica e migliorare l'anti-interferenza e la sicurezza del sistema. Ed è un filtro a radiofrequenza bidirezionale, che può non solo filtrare l'interferenza di rumore introdotta dalla linea di alimentazione (per evitare interferenze da altre apparecchiature), ma anche filtrare il rumore generato da se stesso (per evitare interferenze con altre apparecchiature) e interferire con la modalità comune di modalità seriale. Entrambi hanno un effetto inibitorio.

4) Trasformatore di isolamento di potenza. Separare il ciclo di alimentazione o il ciclo di terra di modo comune del cavo di segnale, può efficacemente isolare la corrente del ciclo di modo comune generata nell'alta frequenza.

5) Regolatore di alimentazione. Il recupero di un alimentatore più pulito può ridurre notevolmente il livello di rumore dell'alimentatore.

6) Cablaggio. Le linee di ingresso e uscita dell'alimentazione elettrica non dovrebbero essere poste sul bordo della scheda dielettrica, altrimenti è facile generare radiazioni e interferire con altri circuiti o apparecchiature.

7) Separati alimentatori analogici e digitali. I dispositivi ad alta frequenza sono generalmente molto sensibili al rumore digitale, quindi i due dovrebbero essere separati e collegati insieme all'ingresso dell'alimentatore. Se il segnale deve coprire sia le parti analogiche che quelle digitali, un loop può essere posizionato alla portata del segnale per ridurre l'area del loop. Come mostrato nella figura 4.

8) Evitare la sovrapposizione di alimentatori separati tra diversi strati. Bloccateli il più possibile, altrimenti il rumore dell'alimentazione elettrica è facilmente accoppiato tramite capacità parassitaria.

9) Isolare componenti sensibili. Alcuni componenti, come i loop phase-locked (PLL), sono molto sensibili al rumore dell'alimentazione elettrica. Teneteli il più lontano possibile dall'alimentazione elettrica.

10) Posizionare il cavo di alimentazione. Al fine di ridurre il loop del segnale, il rumore può essere ridotto posizionando la linea di alimentazione sul bordo della linea di segnale.

11) Al fine di evitare che il rumore dell'alimentazione interferisca con il circuito stampato e il rumore accumulato causato dall'interferenza esterna sull'alimentazione elettrica, un condensatore di bypass può essere collegato al suolo nel percorso di interferenza (eccetto per le radiazioni), in modo che il rumore possa essere bypassato al suolo per evitare interferenze con altre apparecchiature e dispositivi.

in conclusione

Il rumore dell'alimentazione elettrica è generato direttamente o indirettamente dall'alimentazione e interferisce con il circuito. Quando si sopprime il suo impatto sul circuito, si dovrebbe seguire un principio generale. Da un lato, il rumore dell'alimentazione elettrica dovrebbe essere evitato il più possibile. L'influenza del circuito, d'altra parte, dovrebbe anche minimizzare l'influenza dell'esterno o del circuito sull'alimentazione elettrica, in modo da non peggiorare il rumore dell'alimentazione elettrica.