Công nghệ vi sóng - Vấn đề nhiễu cần được xem xét trong thiết kế PCB tần số cao

Trong thiết kế PCB tần số cao, các kỹ sư cần xem xét bốn khía cạnh gây nhiễu: nhiễu nguồn, nhiễu đường truyền, ghép nối, nhiễu điện từ (EMI).

1. Tiếng ồn điện

Trong bảng mạch tần số cao, tiếng ồn của nguồn điện có ảnh hưởng đáng kể đến tín hiệu tần số cao. Do đó, yêu cầu đầu tiên của nguồn điện là tiếng ồn thấp. Sàn nhà sạch cũng quan trọng như nguồn điện sạch. Nguồn điện có trở kháng nhất định và trở kháng được phân phối trong toàn bộ nguồn điện. Do đó, tiếng ồn cũng sẽ chồng chất lên nguồn điện. Sau đó, chúng ta nên giảm thiểu trở kháng của nguồn điện, vì vậy tốt nhất là có một lớp năng lượng chuyên dụng và hình thành. Trong thiết kế mạch hf, trong hầu hết các trường hợp, tốt hơn nhiều là thiết kế nguồn điện như một lớp hơn là một xe buýt để vòng lặp luôn có thể đi theo con đường trở kháng tối thiểu. Ngoài ra, dải điện phải cung cấp vòng lặp tín hiệu cho tất cả các tín hiệu được tạo và nhận trên PCB. Điều này giảm thiểu vòng lặp tín hiệu và do đó giảm nhiễu mà các nhà thiết kế mạch tần số thấp thường bỏ qua.

Trong thiết kế PCB, có một số cách để loại bỏ tiếng ồn nguồn điện:

1. Chú ý đến lỗ thông qua trên tấm: lỗ thông qua làm cho lớp nguồn cần phải khắc lỗ, để lại không gian cho lỗ thông qua. Nếu việc mở lớp nguồn điện quá lớn, chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến vòng lặp tín hiệu, buộc bỏ qua tín hiệu, diện tích vòng lặp tăng lên và tiếng ồn tăng lên. Đồng thời, nếu nhiều đường tín hiệu tập trung gần lỗ và chia sẻ cùng một vòng lặp, trở kháng chung sẽ gây nhiễu xuyên âm.

2. Đường kết nối cần đủ đất: mỗi tín hiệu cần có vòng tín hiệu chuyên dụng của riêng mình, và diện tích vòng tín hiệu và vòng lặp càng nhỏ càng tốt, có nghĩa là, tín hiệu và vòng lặp nên song song.

3, Analog và Digital Power phải được tách ra: thiết bị tần số cao nói chung là nhạy cảm với tiếng ồn kỹ thuật số, vì vậy cả hai nên được tách ra, kết nối ở lối vào của nguồn điện, nếu tín hiệu đi qua các từ tương tự và phần kỹ thuật số, bạn có thể đặt một vòng lặp trên các tín hiệu đi qua để giảm diện tích vòng lặp. Phạm vi analog kỹ thuật số được sử dụng cho các vòng tín hiệu được thể hiện trong Hình 3.

4. Tránh chồng chéo nguồn điện riêng biệt giữa các lớp khác nhau: nếu không, tiếng ồn mạch có thể dễ dàng được ghép nối bằng điện dung ký sinh.

5, cô lập các yếu tố nhạy cảm: chẳng hạn như PLL.

6. Đặt dây nguồn: Để giảm vòng lặp tín hiệu, đặt dây nguồn ở rìa của dây tín hiệu để giảm tiếng ồn.

2, Đường dây truyền tải

Chỉ có hai đường truyền trong PCB: Ribbon và Microwave. Vấn đề lớn nhất với đường dây truyền tải là phản xạ, gây ra nhiều vấn đề. Ví dụ, tín hiệu tải sẽ là sự chồng chéo của tín hiệu gốc và tín hiệu tiếng vang, điều này sẽ làm tăng độ khó phân tích tín hiệu. Phản xạ dẫn đến mất mát trở lại (mất mát trở lại), ảnh hưởng đến tín hiệu cũng nghiêm trọng như nhiễu tiếng ồn bổ sung:

(1) Tín hiệu phản xạ đến nguồn tín hiệu sẽ làm tăng tiếng ồn của hệ thống, khiến người nhận khó phân biệt tiếng ồn và tín hiệu hơn;

(2) Bất kỳ tín hiệu phản xạ nào sẽ làm giảm chất lượng tín hiệu và thay đổi hình dạng của tín hiệu đầu vào. Nói chung, các giải pháp chủ yếu là kết hợp trở kháng (ví dụ, trở kháng của các kết nối liên kết nên phù hợp với trở kháng của hệ thống), nhưng đôi khi việc tính toán trở kháng phức tạp hơn và có thể tham khảo một số phần mềm tính toán trở kháng đường truyền.

Các phương pháp để loại bỏ nhiễu đường truyền trong thiết kế PCB như sau:

(a) Tránh sự gián đoạn của trở kháng đường truyền. Các điểm có trở kháng không liên tục là các điểm có đột biến trong đường truyền, chẳng hạn như góc thẳng, lỗ thông qua, v.v., nên tránh càng nhiều càng tốt. Phương pháp: Để tránh góc của đường thẳng, cố gắng đi 45 ° góc hoặc vòng cung, góc lớn cũng có thể; Sử dụng càng ít lỗ thông qua càng tốt vì mỗi lỗ thông qua có trở kháng không liên tục và tín hiệu bên ngoài tránh đi qua lớp bên trong và ngược lại.

(b) Không sử dụng dây cọc. Bởi vì bất kỳ dòng cọc nào cũng là nguồn gốc của tiếng ồn. Nếu đường cọc ngắn, kết nối có thể được thực hiện ở cuối đường truyền; Nếu đường cọc dài hơn, nó sẽ lấy dây truyền chính làm nguồn và tạo ra phản xạ lớn hơn, điều này sẽ làm phức tạp vấn đề. Tôi khuyên bạn không nên sử dụng nó.

3, Khớp nối

(1) Khớp nối đồng trở kháng: Đây là một kênh ghép nối phổ biến, tức là nguồn gây nhiễu và thiết bị bị nhiễu thường chia sẻ một số dây dẫn (như nguồn mạch, xe buýt, mặt đất chung, v.v.) Trong kênh này, sự suy giảm của Ic dẫn đến sự xuất hiện của điện áp chế độ chung trong vòng lặp hiện tại nối tiếp, ảnh hưởng đến người nhận.

(2) Khớp nối chế độ chung trường sẽ dẫn đến điện áp chế độ chung được tạo ra bởi nguồn bức xạ trong các mạch được hình thành bởi mạch bị nhiễu cũng như trên các bề mặt tham chiếu chung. Nếu từ trường chiếm ưu thế, giá trị của điện áp chế độ chung được tạo ra trong mạch nối đất nối tiếp là Vcm=- (â³B/â³t) * diện tích (trong đó â³B=thay đổi cường độ cảm ứng từ). Nếu nó là một trường điện từ, khi giá trị điện trường của nó được biết, điện áp cảm ứng của nó: Vcm=(L * H * F * E)/48, công thức này áp dụng cho L (m)=150 MHz, vượt quá giới hạn này, việc tính toán điện áp cảm ứng tối đa có thể được đơn giản hóa thành Vcm=2 * H * E.

(3) Khớp nối trường vi sai: Nó đề cập đến bức xạ trực tiếp được cảm nhận và nhận bởi các cặp dây trên tấm đường và vòng lặp của chúng. Nếu bạn có thể đến gần hai sợi dây. Khớp nối này được giảm đáng kể để hai dây có thể bị mắc kẹt với nhau để giảm nhiễu.

(4) Khớp nối giữa các dây (Crosstalk) có thể tạo ra các khớp nối không cần thiết giữa bất kỳ đường dây nào và mạch song song, trong trường hợp nghiêm trọng có thể làm tổn hại đáng kể đến hiệu suất của hệ thống. Các loại của nó có thể được chia thành điện dung Crosstalk và Perceptive Crosstalk. Trước đây là do điện dung ký sinh giữa các đường dây làm cho tiếng ồn trên nguồn tiếng ồn được ghép nối với đường tiếp nhận tiếng ồn bằng cách tiêm dòng điện. Sau này có thể được coi là một khớp nối tín hiệu giữa các bộ biến áp ký sinh không mong muốn. Kích thước của nhiễu xuyên âm cảm phụ thuộc vào sự gần gũi của hai vòng lặp, kích thước của khu vực vòng lặp và trở kháng của tải bị ảnh hưởng.

(5) Khớp nối đường dây điện: có nghĩa là truyền nhiễu điện từ cho các thiết bị khác sau khi đường dây điện AC hoặc DC bị nhiễu.

Có một số cách để loại bỏ nhiễu xuyên âm trong thiết kế PCB:

1. Kích thước của cả hai loại nhiễu xuyên âm tăng lên khi trở kháng tải tăng lên, vì vậy các đường tín hiệu nhạy cảm với nhiễu do nhiễu xuyên âm nên được kết thúc đúng cách.

2. Tăng khoảng cách giữa các đường tín hiệu càng nhiều càng tốt, có thể giảm nhiễu xuyên âm điện dung một cách hiệu quả. Quản lý nối đất, khoảng cách giữa các dây (chẳng hạn như cách ly giữa đường tín hiệu hoạt động và đường đất, đặc biệt là trong trạng thái nhảy giữa đường tín hiệu và mặt đất) và giảm độ tự cảm của dây dẫn.

3. Crosstalk điện dung cũng có thể được giảm hiệu quả bằng cách chèn các đường hình thành giữa các đường tín hiệu liền kề, phải được kết nối với sự hình thành trên mỗi phần tư bước sóng.

4. Đối với nhiễu xuyên âm có thể cảm nhận được, khu vực vòng lặp nên được giảm thiểu và loại bỏ nếu được phép.

5. Tránh vòng lặp chia sẻ tín hiệu.

6, Chú ý đến tính toàn vẹn tín hiệu: nhà thiết kế nên thực hiện kết thúc trong quá trình hàn để giải quyết vấn đề toàn vẹn tín hiệu. Các nhà thiết kế sử dụng phương pháp này có thể tập trung vào chiều dài microband của lá chắn đồng để có hiệu suất toàn vẹn tín hiệu tốt. Đối với các hệ thống có đầu nối dày đặc trong cấu trúc truyền thông, nhà thiết kế có thể sử dụng PCB làm đầu cuối.

4. nhiễu điện từ

Khi tốc độ tăng lên, EMI trở nên nghiêm trọng hơn và xuất hiện theo nhiều cách (chẳng hạn như nhiễu điện từ tại các kết nối). Các thiết bị tốc độ cao đặc biệt nhạy cảm với điều này và sẽ nhận được tín hiệu đi lạc tốc độ cao mà các thiết bị tốc độ thấp sẽ bỏ qua.

Trong thiết kế PCB, có một số cách để loại bỏ nhiễu điện từ:

1. Giảm vòng lặp: Mỗi vòng lặp tương đương với một ăng-ten, vì vậy chúng ta cần giảm thiểu số lượng vòng lặp, diện tích vòng lặp và hiệu ứng ăng-ten của vòng lặp. Hãy chắc chắn rằng tín hiệu chỉ có một vòng lặp tại bất kỳ điểm nào, tránh các vòng lặp nhân tạo và sử dụng các lớp năng lượng bất cứ khi nào có thể.

2, Bộ lọc: Trong dây nguồn và dây tín hiệu có thể có bộ lọc để giảm EMI, có ba phương pháp: tụ điện tách rời, bộ lọc EMI, phần tử từ tính.

3. Che chắn. Bởi vì vấn đề độ dài cộng thêm rất nhiều thảo luận che đậy bài viết, không còn giới thiệu cụ thể nữa.

4. Cố gắng giảm tốc độ của thiết bị tần số cao.

5, tăng hằng số điện môi của bảng mạch PCB, có thể ngăn chặn các bộ phận tần số cao như đường truyền gần bảng mạch phát ra bên ngoài; Tăng độ dày của bảng PCB, giảm thiểu độ dày của dây microband, có thể ngăn chặn sự tràn của dây điện từ, cũng có thể ngăn chặn bức xạ.