PCB技術 - 高周波ボードの電源ノイズ干渉を解決する方法

電源固有インピーダンスによる分散ノイズ。高周波板/高周波回路では、電源ノイズが高周波信号に与える影響が大きい。そのため、まず低ノイズ電源が必要となります。きれいな地面はきれいな電源と同じくらい重要です。コモンモード場干渉。電源とグラウンドの間のノイズを指します。これは、干渉回路と電源の共通参照表面に形成されたループによるコモンモード電圧による干渉です。その値は相対電場と磁場に依存する。力は力にかかっている。

高周波板では、より重要な干渉タイプは電源ノイズです。システムを通じて高周波板電源ノイズの特徴と原因を分析し、工学応用と結合して、いくつかの非常に有効で簡単な解決案を提案した。

電源ノイズ解析

電源ノイズとは、電源自体が発生するノイズや干渉によるノイズのことです。干渉は次の点で表される：

1.電源自体の固有インピーダンスによる分散ノイズ。高周波回路では、電源ノイズが高周波信号に与える影響が大きい。そのため、まず低ノイズ電源が必要となります。クリーンな地面はクリーンな電源と同じくらい重要です。

理想的には、電源にインピーダンスがないため、ノイズがありません。しかし、実際の電源は一定のインピーダンスを持ち、インピーダンスは電源全体に分布するため、ノイズも電源に重畳する。そのため、電源のインピーダンスはできるだけ低くすべきで、専用の電源層と接地層があることが望ましい。高周波板/高周波回路設計では、回路は常にインピーダンスの最小経路に従うことができるように、電源をバスの形式よりもレイヤの形式で設計することが一般的です。さらに、電源ボードは、信号ループを最小化し、ノイズを低減するために、高周波ボード上で生成され、受信されたすべての信号に信号ループを提供する必要があります。

2.電源ケーブルの結合。交流電源線または直流電源線が電磁干渉を受けた後、電源線が干渉を他の機器に伝達する現象を指す。これは電源ノイズによる高周波回路への間接的な干渉である。注意する必要があるのは、電源のノイズは必ずしも自分で発生したものではなく、外部干渉によるノイズである可能性があり、それを自分で発生したノイズと重畳することです。

（放射線または伝導）他の回路または装置と干渉する。

3.コモンモード場干渉。電源とグラウンドの間のノイズを指します。これは、干渉回路と電源の共通参照表面に形成されたループによるコモンモード電圧による干渉です。その値は相対電場と磁場に依存する。力は力にかかっている。

このチャネルでは、Icの降下は直列電流回路におけるコモンモード電圧をもたらし、これは受信部に影響を与える。磁場が支配的である場合、直列接地回路に発生するコモンモード電圧値は、

Vcm=-（立方B/立方トン）*S（1）

式（1）において、δBは磁束密度の変化であり、Wb／m 2、Sは面積、m 2です。

電磁場の場合、その電界値が既知の場合、その誘起電圧は：

Vcm=（長*高*高*東/48）（2）

等式（2）は、通常、L＝150／F以下に適用され、FはMHz単位で電磁波の周波数である。

この制限を超えると、最大誘起電圧の計算は以下のように簡単になります。

Vcm=2*h*E（3）

3.差動モード場干渉。電源と入出力電源ケーブルの干渉を指します。実際のPCB設計では、著者らは電源ノイズに占める割合が小さいことを発見したので、ここでは議論する必要はありません。

4.回線間の干渉。電源ケーブル間の干渉を指します。2つの異なる並列回路の間に相互容量Cと相互誘導M 1−2がある場合、干渉源回路に電圧VCと電流ICがある場合、干渉回路が現れる：

a.容量インピーダンス結合による電圧は

Vcm=Rv*C1-2*ΔVc/Δt（4）

式（4）において、Rvは妨害回路の近端抵抗と遠端抵抗の並列値である。

b.インダクタンス結合による直列抵抗

V=M 1-2*キューブIc/キューブt（5）

干渉源にコモンモードノイズが存在する場合、線間干渉は通常コモンモードと差モードの形式を採用する。

電源ノイズ干渉対策

上記電源ノイズ干渉の異なる表現形式と原因に鑑み、その発生条件を的確に破壊し、電源ノイズの干渉を効果的に抑制することができる。ソリューションは次のとおりです。

1.電源調整器。よりクリーンな電源を再取得することで、電源のノイズレベルを大幅に下げることができます。

2.電源ケーブルを配置します。信号ループを低減するために、信号線のエッジに電源線を置くことでノイズを低減することができます。

3.配線。電源の入出力線は絶縁板の縁部に敷設してはならず、放射線を発生し、他の回路や装置と干渉しやすい。

4.機密コンポーネントを分離します。位相ロックリング（PLL）などのコンポーネントは、電源ノイズに非常に敏感です。電源からできるだけ離れてください。

5.異なるレイヤー間の個別の電源のオーバーラップを回避します。できるだけずらすようにしてください。そうしないと、電源ノイズは寄生容量で結合しやすくなります。

6.電源遮断トランス。信号ケーブルの電源回路またはコモンモード接地回路を分離することで、高周波発生のコモンモード回路電流を効果的に分離することができる。

7.接続線には十分なアース線が必要です。各信号には独自の専用信号ループが必要であり、信号とループのループ面積はできるだけ小さく、つまり信号とループは並行しなければならない。

8.高周波板の貫通孔に注意する。貫通孔は電源層に開口をエッチングし、貫通孔のために通過する空間を残す必要がある。電源層の開度が大きすぎると、必然的に信号ループに影響を与え、信号がバイパスされ、ループ面積が増加し、ノイズが増加します。一方、一部の信号線が開口付近に集中してループを共有している場合、共通インピーダンスはクロストークを引き起こす。

9.アナログ電源とデジタル電源を分離します。高周波デバイスは通常、デジタルノイズに非常に敏感であるため、電源の入り口で両者を分離して接続する必要があります。信号がアナログ部分とデジタル部分を横断する必要がある場合は、信号スパンにループを配置してループ面積を減らすことができます。

10.電源ノイズが高周波板／回路基板及び外部干渉による電源への蓄積ノイズを妨害することを防止するために、バイパスコンデンサを干渉経路で接地（放射線を除く）することができ、それによってノイズを地上にバイパスし、他の装置及び装置と干渉しないようにすることができる。

11.電源ノイズフィルタを配置します。電源内部のノイズを効果的に抑制し、システムの耐干渉性と安全性を高めることができます。電源ラインから導入されたノイズ干渉（他のデバイスとの干渉を防ぐ）をフィルタリングするだけでなく、自身が発生したノイズ（他のデバイスとの干渉を避ける）をフィルタリングし、直列モードコモンモードを干渉する双方向無線周波数フィルタです。どちらも抑制作用がある。

とにかく

電源ノイズは電源によって直接的または間接的に発生し、回路に干渉する。回路への影響を抑制する場合は、一般的な原則に従う必要があります。一方、電源ノイズはできるだけ防止する必要があります。一方、回路の影響も電源のノイズを悪化させないように、外部や回路の電源への影響をできるだけ減らすべきである。