Dati PCB - Soluzioni per il rumore dell'alimentazione elettrica nella progettazione PCB ad alta frequenza

Nella scheda PCB ad alta frequenza, il tipo più importante di interferenza è il rumore dell'alimentazione elettrica. Analizzando sistematicamente le caratteristiche e le cause del rumore dell'alimentazione elettrica sulle schede PCB ad alta frequenza e combinandole con applicazioni ingegneristiche, vengono proposte alcune soluzioni molto efficaci e semplici.

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

1) Il rumore distribuito è 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 prima un alimentatore a basso rumore. Terra pulita e potenza pulita sono altrettanto importanti.

Idealmente, un 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, quindi il rumore sarà anche sovrapposto all'alimentatore. Pertanto, l'impedenza dell'alimentazione elettrica dovrebbe essere ridotta il più possibile e ci sono strati speciali dell'alimentazione elettrica e strati 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 dell'impedenza. Inoltre, la scheda di alimentazione deve fornire un loop di segnale per tutti i segnali generati e ricevuti sul PCB, che può ridurre il rumore del loop di segnale.

2) Interferenza di campo in modalità comune. Si riferisce al rumore tra l'alimentazione elettrica e il terreno. È l'interferenza causata da un alimentatore causato dal loop formato dal circuito interferito e dalla tensione in modalità comune causata dal piano di riferimento comune. Il suo valore dipende dalla relazione relativa tra il campo elettrico e il campo magnetico. Forte o debole.

Su questo canale, la caduta di Ic provoca una tensione in modalità comune nel ciclo di corrente collegato in serie, che colpisce la sezione ricevitore. Se il campo magnetico domina, il valore della tensione in modalità comune sviluppata nell'anello di massa di serie è:

3) Interferenza di campo di modalità differenziale. Si riferisce all'interferenza tra l'alimentazione e le linee di alimentazione in ingresso e in uscita. Nella progettazione effettiva del PCB, l'autore ha scoperto che la sua proporzione nel rumore dell'alimentazione elettrica è molto piccola, quindi non può essere discussa qui.

4) Accoppiamento della linea elettrica. Si riferisce al fenomeno che dopo che la linea di alimentazione AC o DC è soggetta a interferenze elettromagnetiche, la linea di alimentazione trasmette l'interferenza ad altri dispositivi. Questa è l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica ai circuiti ad alta frequenza indirettamente. 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 l'interferenza acustica dell'alimentazione elettrica

Secondo le diverse manifestazioni e cause dell'interferenza acustica dell'alimentazione elettrica analizzata sopra, le condizioni in cui si verifica possono essere mirate e l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica può essere efficacemente soppressa. Le soluzioni sono:

1) Prestare attenzione ai fori passanti sul bordo. I vias richiedono aperture incise nello strato di alimentazione per fare spazio al passaggio dei vias. Se l'apertura dello strato di potenza è troppo grande, influenzerà inevitabilmente il ciclo del segnale, il segnale sarà costretto a deviare, l'area del ciclo aumenterà e il rumore aumenterà. Allo stesso tempo, se alcune linee di segnale sono concentrate vicino all'apertura e condividono questa sezione del loop, l'impedenza comune causerà crosstalk.

2) Il cavo di collegamento ha bisogno di abbastanza fili di terra. Ogni segnale deve avere un proprio loop di segnale dedicato e l'area del loop del segnale e del loop dovrebbe essere il più piccolo possibile, cioè il segnale e il loop dovrebbero 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 l'interferenza di altri dispositivi), ma anche filtrare il rumore generato da se stesso (per evitare di interferire con altri dispositivi) e interferire con la modalità di serie e la modalità comune. entrambi inibiti.

4) Trasformatore di isolamento di potenza. Separare loop di alimentazione o loop di terra in modalità comune dei cavi di segnale può isolare efficacemente le correnti di loop in modalità comune generate alle alte frequenze.

5) Regolatore di potenza. 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 posizionate sul bordo della scheda dielettrica, altrimenti, la radiazione si verificherà facilmente e interferirà con altri circuiti o dispositivi.

7) Gli alimentatori analogici e digitali dovrebbero essere separati. 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 le parti analogiche e digitali, un loop può essere posizionato dove il segnale attraversa per ridurre l'area loop. Figura 4.

8) Evitare alimentatori separati sovrapposti tra diversi strati. Prova a sfalsarli, altrimenti, il rumore dell'alimentatore può facilmente accoppiarsi attraverso la capacità parassitaria.

9) Isolare componenti sensibili. Alcuni componenti come i loop a blocco di fase (PLL) sono molto sensibili al rumore dell'alimentazione elettrica e dovrebbero essere tenuti il più lontano possibile dall'alimentazione elettrica.

10) Posizionare il cavo di alimentazione. Per ridurre i cicli di segnale, la riduzione del rumore può essere ottenuta posizionando linee elettriche accanto alle linee di segnale.

11) Al fine di prevenire l'interferenza del rumore dell'alimentazione elettrica al circuito stampato e il rumore accumulato causato da interferenze esterne all'alimentazione elettrica, un condensatore di bypass può essere collegato al suolo in parallelo sul percorso di interferenza (eccetto le radiazioni), in modo che il rumore possa essere bypassato al suolo per evitare di interferire con altre apparecchiature e dispositivi.

Il rumore dell'alimentazione elettrica è generato direttamente o indirettamente dall'alimentazione e interferisce con il circuito. Quando sopprime la sua influenza sul circuito, dovrebbe essere seguito un principio generale, cioè: da un lato, è necessario prevenire il rumore dell'alimentazione elettrica il più possibile. L'influenza del circuito, d'altra parte, dovrebbe anche ridurre al minimo l'influenza del mondo esterno o del circuito sull'alimentazione elettrica, in modo da non deteriorare il rumore dell'alimentazione sulla scheda PCB.