PCBブログ - PCB回路のノイズについて

騒音について PCBボードデジタル回路において電磁干渉が発生するとわかります。主な理由は、オシロスコープを用いて電力線と接地線に明らかなノイズ電圧を観測できます。多くの人々がこれらの雑音が回路の電磁干渉問題の原因であると結論をえます。エンジニアたちはそれらを解決する方法を知りません。雑音を除去する目的を達成するために、これらのノイズがどのように生成されるかを最初に理解する必要があります。

1. 電力線のノイズ

典型的なゲート回路出力段、 出力が高いとき、Q3をオンにし、Q4をオフにする出力が低いとき、Q3をオフにし、Q4をオンにします。これらの状態は、電源とグランドとの間に高いインピーダンスを生成します。これは電源からの電流の流れを制限します。状態変更時、Q3とQ4は同時に一時的にオンになります。この時に、 短期低インピーダンスは、電源と接地の間に形成されるピーク電流を30～100 mAとします。ゲート出力レベルがローからハイに変化するとき、電源は、出力電流を維持するだけでなく、この電流ピークを飽和させるために寄生容量を充電します。電力線はインダクタンスが異なるので、急に電流が変わると、誘導電圧が発生します。これが電力線の観測ノイズです。電力線インピーダンスにより電圧の短いディップが生じます。

2.地面の騒音

上記のピーク電流が発生すると、電流はまた、接地線14に流れます。特に、出力レベルがハイからローに変わるとき、寄生容量は放電されます。そして、接地線上のピーク電流は、より大きいです。接地線は常にインダクタンスが異なるので、電圧も誘導されます。地面と電源ラインのノイズは、回路を不十分に走らせるだけではありません。強い電磁放射も発生させます。「ICC」（電源の現在）：異なる出力状態で振幅は異なります。"Icc" (current on power supply): The amplitude is different at different output states. 安定時, 電流も安定している. 出力がlowからhighに変わるとき, 瞬時に短絡される, 増加, そして、寄生容量は同時に充電されます。電流は大きい出力レベルがハイからローに変わるとき、瞬時に短絡されます。したがって、出力レベルがローからハイに変化するとき、よりも電流は小さいです。電圧“VCC”（電源電圧）：ICCが急激に変化するとき、電力線のインダクタンスLは、誘導電圧/dt ".を指します。 "Ig"（接地電流）：電力線上の電流と、回路の寄生容量の放電を指します。出力は安定し、電流は安定です。出力レベルがローからハイに変わるとき、瞬時短絡回路があり、電流が増加します。出力レベルがハイからローに変わるとき、瞬時短絡回路があり、寄生容量は同時に放電します。そして、現在のピーク値は、出力レベルがローからハイに変わるときより大きいです。 "Vg" （接地線電圧）：“Ig”が突然変化すると、接地線のインダクタンスLは、誘導電圧/dt ".をさします。

3.接地線雑音電圧波形

接地線のノイズ電圧を解決する方法は、インダクタンスを減らすために回路基板上に電力線格子を設定することができます。しかし、それは多くの配線スペースを占めます。電源線のインダクタンスを減らすために、以下の方法を採用することができます。その機能は、回路の出力状態が変化するときに必要な大きな電流を有するチップを供給することです。したがって、誘導されたノイズ電圧を減らし、電流の突然変異を回避します。貯蔵コンデンサは電流変化を小さな範囲に制限し放射線を低減します。回路基板上に電力線グリッドまたは電力線プレーン（電力システムが小さなインダクタンス）を使用する場合、いくつかの蓄積コンデンサを追加します。エネルギー蓄積コンデンサがチップのために過渡的な高エネルギーを提供するので、それは、配線段階で可能な限りチップに近いはずです。それで、エネルギー蓄積コンデンサの電源回路の面積は、できるだけ小さくなければならない, または、エネルギー蓄積キャパシタとチップ電源端子と接地端子との間のスペースは、できるだけ小さくしなければならない. 跡はできるだけ短くなければなりません。チップとエネルギー蓄積キャパシタとの間のトレースの長さは、チップの自身のピンの長さと回路基板のトレースの長さとです。したがって、これらの2つの部分の全長を減らすために、電源ピンと接地ピンを近接させてチップを選択する必要があります。チップマウントの使用を避けます。それに、各チップのエネルギー蓄積コンデンサの放電後、充電は、次の放電に備えるために、時間内に補充されなければなりません。電力系統の外乱を低減するために、充電は、二次エネルギー貯蔵と呼ばれるコンデンサによって供給することができます。回路基板上にチップがほとんどない場合、電力線の入口に二次エネルギー蓄積コンデンサを設置することができます。二次エネルギー蓄積キャパシタの容量は、チップエネルギー蓄積キャパシタの全容量の5倍以上でなければなりません。多くのチップが回路基板にあるならば、5〜10チップごとに二次エネルギー蓄積コンデンサを設定します。このコンデンサにはタンタルコンデンサを使用すべきです。そして、直列インダクタンスは、できるだけ小さくなければなりません。内部のインダクタンスを引き起こすために、アルミニウム電解コンデンサを使わないでください。

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