Thông tin PCB - Giải quyết tiếng ồn nguồn trên bảng mạch PCB tần số cao

Với sự phát triển của thiết kế PCB và tần số tăng nhanh, nhiều nhiễu không nhất quán ngoại trừ thiết kế PCB tần số cao. Khi tần số tăng lên, việc thu nhỏ PCB và giảm chi phí trở nên rõ ràng hơn.

Những nhiễu loạn này ngày càng trở nên phức tạp. Nghiên cứu hiện tại kết luận rằng có bốn loại nhiễu chính: nhiễu điện áp, nhiễu đường truyền, ghép nối và nhiễu điện từ. Bài viết này phân tích các vấn đề nhiễu khác nhau của bảng mạch tần số cao và đưa ra các giải pháp hiệu quả kết hợp với thực tế.

Trong tiếng ồn nguồn của mạch PCB tần số cao, tiếng ồn nguồn đặc biệt quan trọng đối với tín hiệu PCB tần số cao. Do đó, trước tiên, yêu cầu nguồn điện phải có tiếng ồn thấp. Ở đây, mặt đất sạch cũng quan trọng như điện sạch. Tại sao? Rõ ràng, nguồn điện có trở kháng nhất định và trở kháng được phân phối trên toàn bộ nguồn điện, do đó tiếng ồn cũng chồng lên nguồn điện.

Sau đó, chúng ta nên giảm trở kháng của nguồn điện càng nhiều càng tốt, vì vậy tốt nhất là có một lớp nguồn điện độc quyền và hệ thống. Trong thiết kế mạch tần số cao, nguồn điện được thiết kế theo lớp và trong hầu hết các trường hợp tốt hơn nhiều so với dạng bus, vì vậy vòng lặp luôn có thể đi theo con đường trở kháng tối thiểu. Ngoài ra, các dải điện phải cung cấp vòng lặp tín hiệu cho tất cả các tín hiệu được tạo và nhận trên PCB tần số cao, do đó giảm thiểu vòng lặp tín hiệu và giảm nhiễu mà các nhà thiết kế mạch tần số thấp thường bỏ qua.

Chú ý đến lỗ thông qua trên tấm: lỗ thông qua phải được khắc vào lỗ trên lớp điện để chừa chỗ cho lỗ thông qua. Nếu lớp công suất quá lớn, vòng lặp tín hiệu sẽ bị ảnh hưởng, tín hiệu sẽ bị buộc phải bỏ qua, diện tích vòng lặp sẽ tăng lên và tiếng ồn sẽ tăng lên. Trong khi đó, trở kháng chung có thể gây nhiễu xuyên âm nếu một số đường tín hiệu tập trung gần lỗ mở và chia sẻ vòng lặp.

Cáp cần được nối đất đầy đủ: mỗi tín hiệu cần vòng lặp tín hiệu độc quyền của riêng mình và khu vực vòng lặp của tín hiệu và vòng lặp phải càng nhỏ càng tốt, tức là tín hiệu song song với vòng lặp.

Các nguồn điện analog và kỹ thuật số nên được đặt riêng biệt: các thiết bị tần số cao thường rất nhạy cảm với tiếng ồn kỹ thuật số, vì vậy chúng nên được tách ra và kết nối với nhau ở lối vào nguồn điện. Nếu tín hiệu đi qua giao điểm tương tự và kỹ thuật số, nó có thể ở giao điểm tín hiệu. Đặt một vòng để giảm diện tích của vòng.

Khớp nối đường dây điện: Khi đường dây điện AC hoặc DC bị nhiễu điện từ, đường dây điện sẽ truyền nhiễu cho các thiết bị khác. Có một số cách để loại bỏ nhiễu xuyên âm trong thiết kế PCB: kích thước của cả hai đều tăng khi trở kháng tải tăng lên, vì vậy các đường tín hiệu nhạy cảm với nhiễu do nhiễu xuyên âm nên được truyền đúng cách.

Crosstalk điện dung có thể được giảm hiệu quả bằng cách tăng khoảng cách giữa các đường tín hiệu càng nhiều càng tốt. Thực hiện quản lý mặt phẳng nối đất và không gian giữa hệ thống dây điện (ví dụ: tách các đường tín hiệu hoạt động khỏi các đường nối đất, đặc biệt là giữa các đường tín hiệu có bước nhảy trạng thái và khoảng cách nối đất tăng thêm) và thiết lập độ cảm dẫn để giảm.

Việc chèn dây nối đất giữa các đường tín hiệu liền kề cũng có thể làm giảm hiệu quả nhiễu điện dung, đòi hỏi mỗi bước sóng 1/4 để đi vào mặt phẳng nối đất.

Đối với nhiễu xuyên âm cảm ứng, diện tích vòng lặp nên được giảm thiểu và loại bỏ càng nhiều càng tốt. Tránh các vòng lặp chia sẻ tín hiệu. Tập trung vào tính toàn vẹn tín hiệu: Các nhà thiết kế cần đạt được 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 đạt được tính toàn vẹn tín hiệu tốt. Đối với các hệ thống sử dụng các đầu nối dày đặc trong cấu trúc truyền thông, nhà thiết kế có thể kết thúc với một thiết kế PCB duy nhất.

Khi tốc độ tăng lên, EMI sẽ trở nên nghiêm trọng hơn và biểu hiện theo nhiều cách (chẳng hạn như nhiễu điện từ tại các kết nối). Thiết bị tốc độ cao đặc biệt nhạy cảm với điều này, vì vậy nó nhận được tín hiệu lỗi PCB tần số cao. Các thiết bị tốc độ thấp bỏ qua tín hiệu lỗi này.

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

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 vòng lặp. Hãy chắc chắn rằng tín hiệu chỉ có một vòng lặp tại bất kỳ điểm nào, tránh vòng lặp nhân tạo và sử dụng mặt phẳng nguồn điện bất cứ khi nào có thể.

Lọc: Bạn có thể sử dụng bộ lọc trên đường dây điện và đường tín hiệu để giảm EMI. Có ba phương pháp: tụ điện tách rời, bộ lọc EMI và phần tử từ tính. Bộ lọc EMI được hiển thị trong hình. Do độ dài của vấn đề và nhiều bài viết về lá chắn, chúng tôi sẽ không mô tả cụ thể cách giảm tốc độ của thiết bị tần số cao nhất có thể. Tăng hằng số điện môi của bảng PCB có thể ngăn chặn PCB tần số cao từ các đường truyền gần bảng phát xạ ra ngoài.

Tăng độ dày của bảng mạch PCB và giảm thiểu độ dày của dây microband có thể ngăn chặn sự tràn của dây điện từ và cũng có thể ngăn chặn bức xạ. Trong các cuộc thảo luận, chúng ta có thể kết luận rằng trong thiết kế PCB tần số cao, chúng ta nên tuân theo các nguyên tắc sau: sự thống nhất và ổn định của nguồn điện và mặt đất. Hệ thống dây cẩn thận và kết thúc thích hợp loại bỏ phản xạ. Suy nghĩ cẩn thận về hệ thống dây điện và kết thúc thích hợp có thể làm giảm điện dung và nhiễu xuyên âm cảm. Để đáp ứng các yêu cầu của PCB tần số cao, tiếng ồn cần được ức chế.