PCB部落格 - PCB板電路上的雜訊

對於荧幕上的譟音 PCB電路板, 當發現數位電路中發生電磁干擾時, 主要原因是使用示波器可以在電源線和地線上觀察到明顯的雜訊電壓. 儘管許多人可以得出結論，這些雜訊是電路中電磁干擾問題的原因, 他們不知道如何解决這些問題. 為了達到消除雜訊的目的, 有必要首先瞭解這些雜訊是如何產生的.

1. Noise on the power line
For a typical gate circuit output stage, 當輸出高時, Q3打開，Q4關閉； 當輸出低時, Q3關閉，Q4打開. 這兩種狀態都會在電源和接地之間產生高阻抗, 這限制了來自電源的電流. 當狀態改變時, Q3和Q4暫時同時打開. 此時, 在電源和地面之間形成短期低阻抗, 產生30-100 mA的峰值電流. 當柵極輸出電平從低變高時, 電源不僅保持輸出電流, 但也會對寄生電容充電，以飽和該電流峰值. 因為電力線有不同程度的電感, 當電流突然變化時, 產生感應電壓. 這是在電源線上觀察到的雜訊. 由於電力線阻抗，電壓會短暫下降.

2. Noise on the ground
When the above-mentioned peak current is generated, 電流也會流過接地線, 尤其是當輸出電平從高變低時, 寄生電容放電, 接地線上的峰值電流更大. 因為地線總是有不同程度的電感, 也會感應電壓, 這會導致地線譟音. 地面和電源線上的譟音不僅會使電路運行不良, 但也會產生强烈的電磁輻射. "Icc" (current on power supply): The amplitude is different at different output states. 穩定時, 電流也很穩定. 當輸出從低變高時, 暫態短路, 電流新增, 同時對寄生電容充電, 電流較大； 當輸出電平從高變低時, 暫態短路, 電流新增, 但寄生電容不帶電, 囙此，電流小於輸出電平從低變高時的電流. Voltage "Vcc" (voltage on power supply): When Icc changes abruptly, 電力線的電感L將產生感應電壓“Ldi/dt“. "Ig" (ground current): The current on the power line and the discharge of parasitic capacitances in the circuit. 輸出穩定，電流穩定. 當輸出電平從低變高時, 暫態短路，電流新增. 當輸出電平從高變低時, 暫態短路, 電流新增, 寄生電容同時放電, 電流峰值大於輸出電平由低變高時的峰值. "Vg" (ground wire voltage): When the "Ig" changes suddenly, 地線的電感L將具有感應電壓“Ldi/dt“.

電源線, ground line noise voltage waveform
Although the method to solve the noise voltage of the ground line can set the power line grid on the circuit board to reduce the inductance, 但是它佔用了很多佈線空間. 為了降低電源線的電感, 可以採用以下方法：使用儲能電容器, 其功能是在電路輸出狀態變化時為晶片提供所需的大電流, 從而降低了感應雜訊電壓，避免了電流突變. 存儲電容器將電流變化限制在一個小範圍內，並减少輻射, so add some storage capacitors when using power line grids or power line planes (power systems have small inductance) on the circuit board. 因為儲能電容器為晶片提供瞬態高能量, 在佈線階段，它應盡可能靠近晶片, 那就是, 儲能電容器供電電路的面積應盡可能小, 或者，儲能電容器與晶片電源端子和接地端子之間的空間應盡可能小. 痕迹應盡可能短. 晶片和儲能電容器之間的軌跡長度是晶片自身引脚的長度加上電路板軌跡的長度. 因此, 為了减少這兩部分的總長度, 有必要選擇電源引脚和接地引脚彼此靠近的晶片, 避免使用晶片安裝, 表面安裝晶片, 等. 此外, 每個晶片的儲能電容放電後, 必須及時補充電量，為下次放電做好準備. 為了减少對供電系統的干擾, 電荷可以由稱為二次儲能的電容器提供. 當電路板上的晶片很少時, 二次儲能電容器可以安裝在電源線的入口處. 二次儲能電容器的容量應大於片式儲能電容器總容量的5倍. 如果電路板上有許多晶片, 每5到10個晶片設定一個二次儲能電容器. 該電容器應使用鉭電容器, 串聯電感應盡可能小. 不要使用鋁電解電容器導致內部電感開啟 PCB板.