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高频PCB设计中出现电源噪声的原因分析

PCB设计中经常会出现不同的诸多干扰,并且,随着频率的提高和PCB板的小型化和低成本化之间的矛盾日益突出,这些干扰越来越多也越来越复杂。在实际的研究中,佩特PCB归纳起来主要有四方面的干扰存在:电源噪声、传输线干扰耦合电磁干扰(EMI)。本文通过分析高频PCB的电源噪声干扰的问题,结合工作中实践,提出了有效的解决方案。 

1、电源噪声 

高频电路中,电源所带有的噪声对高频信号影响尤为明显。因此,首先要求电源是低噪声的。在这里,干净的地和干净的电源同样重要,为什么呢?电源特性如图1所示。很明显,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。那么我们就应该尽可能地减小电源的阻抗,所以最好要有专有的电源层和接地层。在高频电路设计中,电源以层的形式设计,在大多数情况下都比以总线的形式设计要好得多,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,这点常常为低频电路设计人员所忽视。 

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图1 电源特性

PCB设计中消除电源噪声的方法有如下几种。 
(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。如图2所示。 

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图2 旁路信号回路的公共路径

    
(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。用于信号回路的数模间的跨越如图3 
所示。 

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图3 用于信号回路的数模间的跨越

(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,如图4所示。 

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图4 信号线边上放置电源线


佩特PCB(www.petpcb.com)有6年以上丰富的PCB生产、电子加工经验,是一家专业的一站式PCB供应商。佩特PCB在上海PCB生产、线路板加工等方面都有丰富经验,经过多年的发展,公司现已成为集“研发、生产、服务”为一体的专业化公司。

本文章由 PTPCB 于2016年06月20日发布在技术分享分类下,
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