PCB Блог - Устранение шума питания на высокочастотных PCB - панелях

С развитием дизайна PCB и быстрым увеличением частоты многие помехи не согласуются, за исключением высокочастотного дизайна PCB. По мере увеличения частоты становится все более очевидным миниатюризация и снижение стоимости PCB.

Эти возмущения становятся все более сложными. Текущие исследования пришли к выводу, что существует четыре основных типа помех: шум напряжения, помехи линии электропередачи, связь и электромагнитные помехи. В этой статье анализируются различные проблемы помех высокочастотных монтажных плат и предлагаются эффективные решения в сочетании с реальностью.

В шуме питания высокочастотных схем PCB шум питания особенно важен для высокочастотных сигналов PCB. Поэтому сначала требуется, чтобы источник питания имел низкий шум. Здесь чистая земля так же важна, как чистая энергия. - Почему? Очевидно, что источник питания имеет определенное сопротивление, и сопротивление распределено по всему источнику питания, поэтому шум также накладывается на источник питания.

Затем мы должны минимизировать сопротивление источника питания, поэтому лучше иметь проприетарный слой питания и заземление. При проектировании высокочастотных схем источник питания стратифицирован и в большинстве случаев намного лучше, чем форма шины, поэтому петля всегда может следовать пути минимального сопротивления. Кроме того, панель питания должна обеспечивать сигнальную петлю для всех генерируемых и принимаемых сигналов на высокочастотных PCB, тем самым сводя к минимуму сигнальную петлю и снижая шум, что обычно игнорируется разработчиками низкочастотных схем.

Обратите внимание на сквозное отверстие на панели: сквозное отверстие должно быть травлено в отверстие на силовом слое, оставляя пространство для прохода. Если слой мощности слишком большой, будет затронуто сигнальное кольцо, сигнал будет вынужден объехать, площадь кольца увеличится, шум также увеличится. В то же время, если некоторые сигнальные линии сосредоточены вблизи отверстия и разделяют кольцевое кольцо, общественное сопротивление может привести к последовательным помехам.

Кабель должен быть полностью заземлен: для каждого сигнала требуется собственная сигнальная петля, а площадь кольца сигнала и кольца должна быть как можно меньше, то есть сигнал должен быть параллельным кольцу.

Имитационные и цифровые источники питания должны быть размещены отдельно: высокочастотные устройства, как правило, очень чувствительны к цифровому шуму, поэтому их следует разделить и соединить у входа в источник питания. Если сигнал пересекается аналоговым и цифровым способом, он может находиться на пересечении сигнала. Поместите кольцо, чтобы уменьшить площадь кольца.

Связь линий электропередач: когда линии электропередач переменного или постоянного тока подвергаются электромагнитным помехам, линии электропередач передают помехи другим устройствам. Существует несколько способов устранения последовательных помех в конструкции PCB: размер обоих последовательных помех увеличивается с увеличением сопротивления нагрузки, поэтому сигнальные линии, чувствительные к помехам, вызванным последовательными помехами, должны передаваться правильно.

Увеличивая как можно больше расстояний между сигнальными линиями, можно эффективно уменьшить конденсаторные помехи. Выполните управление плоскостью заземления и пространство между проводкой (например, отделите активную сигнальную линию от линии заземления, особенно между сигнальной линией скачка состояния и дальнейшего увеличения расстояния заземления) и установите индуктивность провода для уменьшения.

Вставка заземления между соседними сигнальными линиями также может эффективно уменьшить конденсаторные помехи, которые требуют 1 / 4 длины волны для входа в плоскость заземления.

Для индукционных помех площадь кольца должна быть сведена к минимуму и устранена. Избегайте кольца обмена сигналами. Сосредоточьтесь на целостности сигнала: проектировщикам необходимо реализовать концевое соединение во время сварки, чтобы решить проблему целостности сигнала.

Дизайнеры, использующие этот метод, могут сосредоточиться на экранировании длины микрополосы медной фольги для достижения хорошей целостности сигнала. Для систем, использующих плотные разъемы в коммуникационных структурах, дизайнеры могут использовать единую конструкцию PCB для оконечного соединения.

По мере увеличения скорости EMI будет становиться все более серьезным и проявляться во многих аспектах (например, электромагнитные помехи в межсоединениях). Высокоскоростные устройства особенно чувствительны к этому, поэтому они принимают высокочастотные сигналы ошибки PCB. Низкоскоростные устройства игнорируют этот ложный сигнал.

При проектировании PCB существует несколько способов устранения электромагнитных помех:

Уменьшение кольца: каждая петля эквивалентна одной антенне, поэтому нам нужно минимизировать количество петель, площадь кольца и эффект антенны кольца. Убедитесь, что сигнал имеет только одно кольцо в любой точке, избегая искусственного кольца и, насколько это возможно, используя плоскость питания.

Фильтрация: Вы можете использовать фильтры на линиях электропитания и сигнальных линиях, чтобы уменьшить EMI. Существует три способа: развязывающие конденсаторы, EMI - фильтры и магнитные элементы. Фильтр EMI показан на рисунке. Из - за длины проблемы и многих статей о защите мы не будем подробно описывать, как минимизировать скорость высокочастотных устройств. Увеличение диэлектрической константы пластины PCB предотвращает высокочастотное излучение PCB от линии передачи вблизи пластины.

Увеличение толщины пластины PCB и минимизация толщины микрополосных линий могут предотвратить переполнение электромагнитных линий, а также предотвратить излучение. В ходе обсуждения мы можем прийти к выводу, что при проектировании высокочастотных ПХБ мы должны следовать следующим принципам: единство и стабильность питания и заземления. Тщательная проводка и правильное торцевое соединение устраняют отражение. Тщательное рассмотрение проводки и правильного концевого соединения может уменьшить конденсаторные и индуктивные помехи. Чтобы соответствовать требованиям высокочастотного PCB, необходимо подавлять шум.