PCB設計中的電源噪聲幹擾要如何應對?請支招!
發布時間:2015-02-02 責任編輯:sherryyu
【導讀】在高頻PCB板中,較重要的一類幹擾便是電源噪聲。本文通過對高頻PCB板上出現的電源噪聲特性和產生原因進行係統分析,並結合工程應用,提出了一些非常有效而又簡便的解決辦法。
電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)所(suo)固(gu)有(you)的(de)阻(zu)抗(kang)所(suo)導(dao)致(zhi)的(de)分(fen)布(bu)噪(zao)聲(sheng)。高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)對(dui)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)較(jiao)大(da)。因(yin)此(ci),首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)有(you)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)源(yuan)。幹(gan)淨(jing)的(de)地(di)和(he)幹(gan)淨(jing)的(de)電(dian)源(yuan)是(shi)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)的(de);gongmochangganrao。zhideshidianyuanyujiedizhijiandezaosheng,tashiyinweimougedianyuanyoubeiganraodianluxingchengdehuanluhegonggongcankaomianshangyinqidegongmodianyaerzaochengdeganrao,qizhiyaoshidianchanghecichangdexiangduideqiangruolaiding。

電源噪聲的分析
電源噪聲是指由電源自身產生或受擾感應的噪聲。其幹擾表現在以下幾個方麵:
1)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)所(suo)固(gu)有(you)的(de)阻(zu)抗(kang)所(suo)導(dao)致(zhi)的(de)分(fen)布(bu)噪(zao)聲(sheng)。高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)對(dui)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)較(jiao)大(da)。因(yin)此(ci),首(shou)先(xian)需(xu)要(yao)有(you)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)源(yuan)。幹(gan)淨(jing)的(de)地(di)和(he)幹(gan)淨(jing)的(de)電(dian)源(yuan)是(shi)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)的(de)。
lixiangqingkuangxiadedianyuanshimeiyouzukangde,yinciqibucunzaizaosheng。danshi,shijiqingkuangxiadedianyuanshijuyouyidingzukangde,bingqiezukangshifenbuzaizhenggedianyuanshangde,yinci,zaoshengyehuidiejiazai 電源上。所以應該盡可能減小電源的阻抗,最好有專門的電源層和接地層。
在高頻電路設計中,電源以層的形式設計一般比以總線的形式設計要好,這樣回路總可以 沿著阻抗最小的路徑走。此外,電源板還得為PCB上所有產生和接受的信號提供一個信號回路,這樣可以最小化信號回路,從而減小噪聲。
2)電(dian)源(yuan)線(xian)耦(ou)合(he)。是(shi)指(zhi)交(jiao)流(liu)或(huo)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)線(xian)受(shou)到(dao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)後(hou),電(dian)源(yuan)線(xian)又(you)將(jiang)這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)傳(chuan)輸(shu)到(dao)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)的(de)現(xian)象(xiang)。這(zhe)是(shi)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)間(jian)接(jie)地(di)對(dui)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)。需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de) 是:電源的噪聲並不一定是其本身產生的,也可能是外界幹擾感應的噪聲,再將此噪聲與本身產生的噪聲疊加起來(輻射或傳導)去幹擾其他的電路或者器件。
3)gongmochangganrao。zhideshidianyuanyujiedizhijiandezaosheng,tashiyinweimougedianyuanyoubeiganraodianluxingchengdehuanluhegonggongcankaomianshangyinqidegongmodianyaerzaochengdeganrao,qizhiyaoshidianchanghecichangdexiangduideqiangruolaiding。
在該通道上,Ic的下降會在串聯的電流回路中引起共模電壓,影響接收部分。如果磁場占主要地位,在串聯地回路中產生的共模電壓的值是:
Vcm = — (△B/△t) × S (1)
式(1)中的ΔB為磁感應強度的變化量,Wb/m2;S為麵積,m2。
如果是電磁場,已知它的電場值時,其感應電壓為:
Vcm = (L×h×F×E/48) (2)
式(2)一般適用於L=150/F以下,F為電磁波頻率MHz。
如果超過這個限製的話,最大感應電壓的計算可簡化為:
Vcm = 2×h×E (3)
3)差模場幹擾。指電源與輸入輸出電源線間的幹擾。在實際PCB設計中,筆者發現其在電源噪聲中所占的比重很小,因此這裏可以不作討論。
4)線間幹擾。指電源線間的幹擾。在兩個不同的並聯電路之間存在著互電容C和互感M1-2時,如果幹擾源電路中有電壓VC和電流IC,則被幹擾電路中將出現:
a. 通過容性阻抗耦合的電壓為
Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t (4)
式(4)中Rv是被幹擾電路近端電阻和遠端電阻的並聯值。
b. 通過感性耦合的串聯電阻
V = M1-2*△Ic/△t (5)
如果幹擾源中有共模噪聲,則線間幹擾一般表現為共模和差模兩種形式。
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消除電源噪聲幹擾的對策
zhenduiyishangsuofenxidedianyuanzaoshengganraodebutongbiaoxianxingshijiqichengyin,keyizhenduixingdipohuaiqifashengdetiaojian,jiunengyouxiaoyizhidianyuanzaoshengdeganrao。jiejuedefangfayou:
1)注zhu意yi板ban上shang通tong孔kong。通tong孔kong使shi得de電dian源yuan層ceng上shang需xu要yao刻ke蝕shi開kai口kou以yi留liu出chu空kong間jian給gei通tong孔kong通tong過guo。而er如ru果guo電dian源yuan層ceng開kai口kou過guo大da,勢shi必bi影ying響xiang信xin號hao回hui路lu,信xin號hao被bei迫po繞rao行xing,回hui路lu麵mian積ji增zeng大da,噪zao聲sheng加jia大da,同tong時shi如ru果guo一yi些xie信xin號hao線xian都dou集ji中zhong在zai開kai口kou附fu近jin,共gong用yong這zhe一yi段duan回hui路lu,公gong共gong阻zu抗kang將jiang引yin發fa串chuan擾rao。
2)放置電源噪聲濾波器。它能有效抑製電源內部的噪聲,提高係統的抗幹擾性和安全性。並且它是雙向射頻濾波器,既能濾掉從電源線上引入的噪聲幹擾(防止其他設備的幹擾),又能濾掉自身所產生的噪聲(避免幹擾其他設備),對串模共模幹擾均起抑製作用。
3)電源隔離變壓器。將電源環路或信號電纜的共模地環路分開,它能對高頻中所產生的共模環路電流進行有效隔離。
4)電源穩壓器。重獲一個更幹淨的電源,能很大程度地降低電源噪聲大小。
5)布線。電源的輸入輸出線應避免布在介質板的邊緣,否則容易產生輻射,幹擾其他電路或設備。
6)模(mo)擬(ni)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)要(yao)分(fen)開(kai)。高(gao)頻(pin)器(qi)件(jian)一(yi)般(ban)對(dui)數(shu)字(zi)噪(zao)音(yin)非(fei)常(chang)敏(min)感(gan),所(suo)以(yi)兩(liang)者(zhe)要(yao)分(fen)開(kai),在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)入(ru)口(kou)處(chu)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。若(ruo)信(xin)號(hao)要(yao)跨(kua)越(yue)模(mo)擬(ni)和(he)數(shu)字(zi)兩(liang)部(bu)分(fen)的(de)話(hua),可(ke)以(yi)在(zai)信(xin)號(hao)跨(kua)越(yue)處(chu)放(fang)置(zhi)一(yi)條(tiao)回(hui)路(lu)以(yi)減(jian)小(xiao)環(huan)路(lu)麵(mian)積(ji)。
7)避免分開的電源在不同層間重疊。盡量將其錯開,否則電源噪聲很容易通過寄生電容耦合過去。
8)隔離敏感元件。有些元件如鎖相環(PLL)對電源噪聲非常敏感,應讓它們離電源盡可能的遠。
9)連lian接jie線xian需xu要yao足zu夠gou多duo的de地di線xian。每mei一yi信xin號hao需xu要yao有you自zi己ji的de專zhuan有you的de信xin號hao回hui路lu,而er且qie信xin號hao和he回hui路lu的de環huan路lu麵mian積ji盡jin可ke能neng小xiao,也ye就jiu是shi說shuo信xin號hao與yu回hui路lu要yao並bing行xing。
10)放置電源線。為了減小信號回路,可通過放置電源線在信號線邊上來實現減小噪聲。
11)為了防止電源噪聲對電路板的幹擾以及外界對電源的幹擾而導致的累加噪聲,可以在幹擾路徑上(輻射除外)並連一個旁路電容接地,這樣能將噪聲旁路到地以避免幹擾其他設備和器件。
結論
電dian源yuan噪zao聲sheng是shi直zhi接jie或huo者zhe間jian接jie的de從cong電dian源yuan中zhong產chan生sheng出chu來lai的de,並bing且qie對dui電dian路lu進jin行xing幹gan擾rao,在zai抑yi製zhi它ta對dui電dian路lu的de影ying響xiang的de時shi候hou,應ying該gai遵zun循xun一yi個ge總zong的de原yuan則ze,那na就jiu是shi:一方麵,要盡可能阻止電源噪聲對電路的影響,另一方麵,也要盡可能減小外界或者電路對電源的影響,以免惡化電源的噪聲。
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