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Cómo lidiar con la interferencia de ruido de la fuente de alimentación en el diseño de PCB

Ruido distribuido provocado por la impedancia inherente de la propia fuente de alimentación. En los circuitos de alta frecuencia, el ruido de la fuente de alimentación tiene un mayor impacto en las señales de alta frecuencia. Por lo tanto, lo primero que se necesita es una fuente de alimentación silenciosa. Una tierra limpia y una fuente de alimentación limpia son igualmente importantes; eliminar la interferencia de campo de modo. Se refiere al ruido entre la fuente de alimentación y tierra. Es la interferencia causada por el bucle formado por el circuito interferido y el voltaje de modo causado por la superficie de referencia pública de una determinada fuente de alimentación. Su valor depende del campo eléctrico. Depende de la fuerza relativa del campo magnético. Puede descargar diagramas de circuitos de forma gratuita desde SouCin.com y puede obtener un reembolso en efectivo cuando los cargue.

En las placas PCB de alta frecuencia, el tipo de interferencia más importante es el ruido de la fuente de alimentación. A través del análisis sistemático de las características y causas del ruido de la fuente de alimentación que aparece en las placas PCB de alta frecuencia, combinado con aplicaciones de ingeniería, se propusieron algunas soluciones muy efectivas y simples.

Análisis del ruido de la fuente de alimentación

El ruido de la fuente de alimentación se refiere al ruido generado por la propia fuente de alimentación o inducido por perturbaciones. Su interferencia se manifiesta en los siguientes aspectos:

1) Ruido distribuido provocado por la impedancia inherente de la propia fuente de alimentación. En los circuitos de alta frecuencia, el ruido de la fuente de alimentación tiene un mayor impacto en las señales de alta frecuencia. Por lo tanto, lo primero que se necesita es una fuente de alimentación silenciosa. Un suelo limpio y una fuente de energía limpia son igualmente importantes.

Lo ideal es que una fuente de alimentación no tenga impedancia, por lo que no hay ruido. Sin embargo, la fuente de alimentación real tiene una cierta impedancia y la impedancia se distribuye por toda la fuente de alimentación. Por lo tanto, el ruido también se superpondrá a la fuente de alimentación. Por lo tanto, la impedancia de la fuente de alimentación debe reducirse tanto como sea posible y es mejor tener una capa de fuente de alimentación y una capa de tierra dedicadas. En el diseño de circuitos de alta frecuencia, generalmente es mejor diseñar la fuente de alimentación en forma de capas que en forma de buses, de modo que el bucle siempre pueda seguir el camino con la impedancia más pequeña. Además, la placa de alimentación debe proporcionar un bucle de señal para todas las señales generadas y recibidas en la PCB, lo que puede minimizar los bucles de señal y, por tanto, reducir el ruido.

2) Acoplamiento de línea eléctrica. Se refiere al fenómeno de que después de que la línea de alimentación de CA o CC está sujeta a interferencias electromagnéticas, la línea de alimentación transmite estas interferencias a otros dispositivos. Se trata de la interferencia indirecta del ruido de la fuente de alimentación en los circuitos de alta frecuencia. Cabe señalar que el ruido de la fuente de alimentación no necesariamente se genera por sí mismo, también puede ser el ruido inducido por interferencias externas. Este ruido luego se superpone al ruido generado por ella misma (radiación o conducción) para interferir con otros circuitos. o dispositivos.

3) ***Modo de interferencia de campo. Se refiere al ruido entre la fuente de alimentación y tierra. Es la interferencia causada por el bucle formado por el circuito interferido y el voltaje de modo causado por la superficie de referencia pública de una determinada fuente de alimentación. Su valor depende del campo eléctrico. Depende de la fuerza relativa del campo magnético.

En este canal, la caída de Ic provocará una tensión de modo en el bucle de corriente en serie, afectando a la parte receptora. Si domina el campo magnético, el valor de la tensión en modo *** generada en el bucle de tierra en serie es:

Vcm = — (△B/△t) × S (1)

ΔB en la fórmula (1) es el cambio en la intensidad de la inducción magnética, Wb/m2; S es el área, m2;

Si es un campo electromagnético, cuando se conoce su valor de campo eléctrico, su tensión inducida es:

Vcm = (L×h×F×E/48) (2)

La ecuación (2) es generalmente aplicable por debajo de L=150/F, donde F es la frecuencia de onda electromagnética MHz.

Si se supera este límite, el cálculo de la tensión máxima inducida se puede simplificar como:

Vcm = 2×h×E (3)

3 ) Interferencia de campo en modo diferencial. Se refiere a la interferencia entre la fuente de alimentación y las líneas eléctricas de entrada y salida. En el diseño de PCB real, el autor descubrió que su proporción en el ruido de la fuente de alimentación es muy pequeña, por lo que no es necesario discutirlo aquí.

4) Interferencia entre líneas. Se refiere a interferencias entre líneas eléctricas. Cuando hay capacitancia mutua C e inductancia mutua M1-2 entre dos circuitos paralelos diferentes, si hay voltaje VC y corriente IC en el circuito fuente de interferencia, aparecerá lo siguiente en el circuito interferido:

a. El voltaje acoplado a través de la impedancia capacitiva es

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t (4)

En la ecuación (4), Rv es el extremo cercano de el circuito interferido El valor paralelo de la resistencia y la resistencia remota.

b.Resistencia en serie mediante acoplamiento inductivo

V = M1-2*△Ic/△t (5)

Si hay ** en la interferencia fuente * modo de ruido, la interferencia entre líneas generalmente se manifiesta en dos formas: * modo y modo diferencial.

Contramedidas para eliminar las interferencias de ruido en la fuente de alimentación

De acuerdo con las diferentes manifestaciones y causas de la interferencia de ruido en la fuente de alimentación analizadas anteriormente, las condiciones para su aparición pueden orientarse para suprimirlas de manera efectiva. por el ruido de la fuente de alimentación. Las soluciones son:

1) Presta atención a los agujeros pasantes del tablero. Los orificios de paso requieren grabar aberturas en la capa de energía para dejar espacio para que pasen los orificios de paso. Si la apertura de la capa de energía es demasiado grande, inevitablemente afectará el bucle de señal. La señal se verá obligada a desviarse, el área del bucle aumentará y el ruido aumentará al mismo tiempo, si algunas líneas de señal están concentradas. cerca de la abertura, es mejor utilizar esta sección del bucle. ** *La impedancia provocará interferencias.

2) Colocar un filtro de ruido en la fuente de alimentación. Puede suprimir eficazmente el ruido dentro de la fuente de alimentación y mejorar la antiinterferencia y la seguridad del sistema. Y es un filtro RF bidireccional, que no solo puede filtrar la interferencia de ruido introducida desde la línea eléctrica (para evitar interferencias de otros equipos), sino también filtrar el ruido generado por sí mismo (para evitar interferencias con otros equipos). , y es muy eficaz para el modo serie Se suprime la interferencia de modo.

3) Transformador de aislamiento de potencia. Al separar el bucle de alimentación o el bucle de tierra de modo del cable de señal, se puede aislar eficazmente la corriente del bucle de modo generada en altas frecuencias.

4) Regulador de potencia. Recuperar una fuente de alimentación más limpia puede reducir en gran medida la cantidad de ruido de la fuente de alimentación.

5) Cableado. Las líneas de entrada y salida de la fuente de alimentación deben evitar colocarse en el borde del tablero dieléctrico, de lo contrario producirán radiación fácilmente e interferirán con otros circuitos o equipos.

6) Las fuentes de alimentación analógicas y digitales deben estar separadas. Los dispositivos de alta frecuencia son generalmente muy sensibles al ruido digital, por lo que ambos deben separarse y conectarse entre sí en la entrada de la fuente de alimentación. Si la señal necesita cruzar las partes analógica y digital, se puede colocar un bucle en el punto de cruce de la señal para reducir el área del bucle.

7) Evite que fuentes de alimentación separadas se superpongan entre diferentes capas. Intente escalonarlos tanto como sea posible; de ​​lo contrario, el ruido de la fuente de alimentación puede acoplarse fácilmente a través de una capacitancia parásita.

8) Aislar los componentes sensibles. Algunos componentes, como los bucles de bloqueo de fase (PLL), son muy sensibles al ruido de la fuente de alimentación y deben mantenerse lo más lejos posible de la fuente de alimentación.

9) El cable de conexión requiere suficientes cables de tierra. Cada señal debe tener su propio bucle de señal dedicado, y el área del bucle de la señal y el bucle debe ser lo más pequeña posible, lo que significa que la señal y el bucle deben ser paralelos.

10) Colocar el cable de alimentación. Para reducir el bucle de señal, se puede reducir el ruido colocando la línea de alimentación al lado de la línea de señal.

11) Para evitar la interferencia del ruido de la fuente de alimentación en la placa de circuito y el ruido acumulado causado por la interferencia externa en la fuente de alimentación, se puede conectar un condensador de derivación a tierra en la interferencia. ruta (excepto la radiación), de modo que el ruido se desvíe a tierra para evitar interferencias con otros equipos y dispositivos.

Conclusión

El ruido de la fuente de alimentación se genera directa o indirectamente desde la fuente de alimentación e interfiere con el circuito. Al suprimir su impacto en el circuito, se debe seguir una regla general. es: por un lado, es necesario evitar en la medida de lo posible la influencia del ruido de la fuente de alimentación en el circuito; por otro lado, también es necesario minimizar la influencia del mundo exterior o del circuito en la fuente de alimentación; , para no empeorar el ruido de la fuente de alimentación.