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在高频PCB设计中,如何应对电源噪声干扰?有对策!
作者: 来源: 浏览次数: 日期:2019-10-31 8:54:42

在高频PCB板中,电源噪声是比较常见的一类干扰,对高频信号的影响较大。接下来,我们通过对高频PCB板上出现的电源噪声特性和产生原因进行系统分析,并结合工程应用,提出了一些简单而有效的解决办法。

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电源噪声的分析

电源噪声是指由电源自身产生或受扰感应的噪声。其干扰表现在以下几个方面:

1、电源本身所固有的阻抗所导致的分布噪声。高频电路中,电源噪声对高频信号影响较大。因此,首先需要有低噪声的电源。干净的地和干净的电源是同样重要的。

理想情况下的电源是没有阻抗的,因此其不存在噪声。但是,实际情况下的电源是具有一定阻抗的,并且阻抗是分布在整个电源上的,因此,噪声也会叠加在电源上。所以应该尽可能减小电源的阻抗,最好有专门的电源层和接地层。在高频电路设计中,电源以层的形式设计一般比以总线的形式设计要好,这样回路总可以 沿着阻抗最小的路径走。此外,电源板还得为PCB上所有产生和接受的信号提供一个信号回路,这样可以最小化信号回路,从而减小噪声。

2)电源线耦合。是指交流或直流电源线受到电磁干扰后,电源线又将这些干扰传输到其他设备的现象。这是电源噪声间接地对高频电路的干扰。需要说明的是:电源的噪声并不一定是其本身产生的,也可能是外界干扰感应的噪声,再将此噪声与本身产生的噪声叠加起来(辐射或传导)去干扰其他的电路或者器件。

3)共模场干扰。指的是电源与接地之间的噪声,它是因为某个电源由被干扰电路形成的环路和公共参考面上引起的共模电压而造成的干扰,其值要视电场和磁场的相对的强弱来定。

在该通道上,Ic的下降会在串联的电流回路中引起共模电压,影响接收部分。如果磁场占主要地位,在串联地回路中产生的共模电压的值是:

Vcm = — (△B/△t) × S     (1)

式(1)中的ΔB为磁感应强度的变化量,Wb/m2;S为面积,m2。

如果是电磁场,已知它的电场值时,其感应电压为:

Vcm = (L×h×F×E/48)     (2)

式(2)一般适用于L=150/F以下,F为电磁波频率MHz。

如果超过这个限制的话,最大感应电压的计算可简化为:

Vcm = 2×h×E     (3)

4)差模场干扰。指电源与输入输出电源线间的干扰。在实际PCB设计中,笔者发现其在电源噪声中所占的比重很小,因此这里可以不作讨论。

5)线间干扰。指电源线间的干扰。在两个不同的并联电路之间存在着互电容C和互感M1-2时,如果干扰源电路中有电压VC和电流IC,则被干扰电路中将出现:

a. 通过容性阻抗耦合的电压为

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t     (4)

式(4)中Rv是被干扰电路近端电阻和远端电阻的并联值。

b. 通过感性耦合的串联电阻

V = M1-2*△Ic/△t     (5)

如果干扰源中有共模噪声,则线间干扰一般表现为共模和差模两种形式。

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PCB设计中消除电源噪声的方法

1、注意板上通孔:通孔使得电源层上需要刻蚀开口以留出空间给通孔通过。而如果电源层开口过大,势必影响信号回路,信号被迫绕开,回路面积增大,噪声加大。同时如果一些信号线都集中在开口附近,共用这一段回路,公共阻抗将引发串扰。

2、连接线需要足够多的地线:每一信号需要有自己的专有的信号回路,而且信号和回路的环路面积尽可能小,也就是说信号与回路要并行。

3、模拟与数字电源的电源要分开:高频器件一般对数字噪音非常敏感,所以两者要分开,在电源的入口处接在一起,若信号要跨越模拟和数字两部分的话,可以在信号跨越处放置一条回路以减小环路面积。

4、避免分开的电源在不同层间重叠:否则电路噪声很容易通过寄生电容耦合过去。

5、隔离敏感元件:如PLL。

6、放置电源线:为减小信号回路,通过放置电源线在信号线边上来实现减小噪声。

(内容整理自网络,版权归原作者所有。)

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