PCB Tecnico - Come risolvere l'interferenza di rumore di potenza sulla scheda ad alta frequenza

Rumore distribuito causato dall'impedenza intrinseca dell'alimentazione elettrica. Nelle schede ad alta frequenza/circuiti ad alta frequenza, il rumore dell'alimentazione ha un impatto maggiore sui segnali ad alta frequenza. Pertanto, è necessario innanzitutto un alimentatore a basso rumore. Un terreno pulito è importante 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 ad alta frequenza, un tipo più importante di interferenza è il rumore dell'alimentazione elettrica. Analizzando sistematicamente le caratteristiche e le cause del rumore di potenza sulla scheda ad alta frequenza, combinate 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, quindi anche il rumore sarà sovrapposto all'alimentatore. 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 del circuito ad alta frequenza/scheda 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 ad alta frequenza, in modo che il loop di segnale possa essere minimizzato, riducendo così il rumore.

2. 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, 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.

3. 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=-(â O³B/â O³t)*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 in 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 tra linee. 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.

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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Il cavo di collegamento ha bisogno di abbastanza cavo di terra. 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.

8. Prestare attenzione ai fori passanti sulla scheda ad alta frequenza. 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.

9. 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.

10. al fine di evitare che il rumore dell'alimentazione interferisca con la scheda ad alta frequenza / 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 può essere bypassato al suolo per evitare interferenze con altre apparecchiature e dispositivi.

11. Posizionare il 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 serie. Entrambi hanno un effetto inibitorio.

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.