PCB布局設(shè)計(jì)減輕電源噪聲的重要性

在當(dāng)今幾乎所有使用的度量標(biāo)準(zhǔn)中，設(shè)計(jì)師都將噪聲視為對(duì)其設(shè)計(jì)最大的關(guān)注和危害之一。噪聲對(duì)電子電路（包括電源）的不利影響已得到充分記錄，因此值得您高枕無(wú)憂。那么，為什么噪聲會(huì)困擾整個(gè)設(shè)計(jì)呢？最初引起關(guān)注的是噪聲本身的不可預(yù)測(cè)性。通常，噪聲可能來(lái)自外部源或內(nèi)部源。甚至噪聲的來(lái)源也會(huì)帶來(lái)更多的問(wèn)題。

在外部噪聲源的情況下，從技術(shù)上講它是無(wú)法控制的源。這意味著設(shè)計(jì)師將需要勤奮和有創(chuàng)造力，以抵消這些影響。對(duì)于內(nèi)部源，雖然可能更易于控制，但結(jié)果仍然與外部源相同。這些不利影響包括對(duì)功能，性能，準(zhǔn)確性甚至一致性的不利影響。在某些情況下，它可以防止設(shè)備在從原型階段到最終產(chǎn)品的任何地方都達(dá)到期望的設(shè)計(jì)目標(biāo)，甚至無(wú)法完成故障。

減輕電源噪聲的重要性

盡管可能會(huì)產(chǎn)生大量噪聲，但是此參數(shù)的總體效果是不利的。此處的共識(shí)是在電路級(jí)別而不是在電源級(jí)別解決噪聲問(wèn)題。但是，這只能解決一半的問(wèn)題，并且很有可能忽略了減輕噪聲需求的更關(guān)鍵的方面。進(jìn)行此評(píng)估的原因是因?yàn)槲覀兓陔娫凑＿\(yùn)行的能力來(lái)構(gòu)建電路，甚至是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

此外，如果電源的輸出軌上存在噪聲，則整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能將受到阻礙。在大多數(shù)情況下，電源噪聲造成的問(wèn)題既不一致又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)。就像您想象的那樣，這會(huì)加劇故障排除，準(zhǔn)確診斷和消除問(wèn)題的能力。

在電源級(jí)別解決噪聲至關(guān)重要的另一個(gè)原因是，實(shí)際上每個(gè)設(shè)備都包含一個(gè)電源。因此，無(wú)論您采用何種設(shè)計(jì)，它都極有可能會(huì)使用電源，因此容易受到噪聲問(wèn)題的影響。

電子設(shè)計(jì)中的EMI機(jī)制

噪聲或干擾是電子功能的禍根，而EMI（電磁干擾）在該列表中居首位。以下是產(chǎn)生EMI的主要機(jī)制：

導(dǎo)電耦合是由物理耦合路徑（例如電纜或電線）創(chuàng)建的直接接觸。這也可能通過(guò)走線或金屬外殼在PCB上發(fā)生。

輻射耦合是通過(guò)在空氣中或真空中輻射而產(chǎn)生的。請(qǐng)記住，PCB上的每條走線都是預(yù)期的天線，因此是可能的耦合路徑。

當(dāng)兩個(gè)相鄰導(dǎo)體之間（例如，在電容器中）（即，兩個(gè)電位差除以分配空間的極板）之間出現(xiàn)可變電場(chǎng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生電容耦合。

當(dāng)兩個(gè)等效導(dǎo)體之間存在可變磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生感應(yīng)耦合。發(fā)生的結(jié)果產(chǎn)生寄生感應(yīng)電壓。

注意：通常，電容耦合主要在高壓應(yīng)用中，而電感耦合則主要在大電流應(yīng)用中。

如何降低電源噪聲

在簡(jiǎn)化視圖中，我們將電源噪聲定義為不希望的周期性紋波和尖峰與來(lái)自內(nèi)部或外部源的隨機(jī)噪聲合并而成的組合。此外，線路調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)將控制輸入?yún)⒖技y波的數(shù)量。該概念可與電源抑制比（PSSR）相提并論，后者是線性穩(wěn)壓器允許傳遞到輸出的輸入信號(hào)量?？偟膩?lái)說(shuō)，它不僅是控制芯片的功能，而是電路整體的功能。

通常，有三種解決電源噪聲和減輕紋波的方法。

篩選

我們可以利用濾波器來(lái)消除電源中的噪聲，類似于濾波器可以消除信號(hào)中的噪聲。您還可以將輸出電容器視為濾波過(guò)程的一部分，因?yàn)樗鼈兊姆磻?yīng)與電源電路的輸出阻抗相反。總而言之，輸出電容的增加可降低噪聲。

注意：請(qǐng)記住，電容器同時(shí)具有ESR（等效串聯(lián)電阻）和ESL（等效串聯(lián)電感）。使用具有較低ESR和ESL的電容器將導(dǎo)致較低的噪聲。但請(qǐng)記住，某些電源會(huì)利用ESR來(lái)提供誤差信號(hào)以進(jìn)行反饋。因此，如果將其大幅降低（即通過(guò)將電解電容器與陶瓷電容器交換），則會(huì)導(dǎo)致電源不穩(wěn)定。

通過(guò)傳遞

繞過(guò)電源設(shè)計(jì)中的控制芯片將有助于降低噪聲。盡管避開由電源供電的芯片將不會(huì)導(dǎo)致電源噪聲的減少。但是，它將減少芯片的電源引腳。

注意：如果繞過(guò)電源電路中的芯片，請(qǐng)通過(guò)將電容器放置在電源引腳附近并使用陶瓷電容器來(lái)利用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)則。如果可能，請(qǐng)使用表面貼裝電容器，因?yàn)樗鼈兊腅SL和ESR較低。請(qǐng)記住，實(shí)際大小很重要，它與價(jià)值一起將決定有效性。

后監(jiān)管

在電源輸出上增加第二個(gè)低噪聲調(diào)節(jié)器將減輕噪聲。這種方法的成本效益較差，這可能會(huì)阻礙其使用。在大多數(shù)情況下，此方法的實(shí)現(xiàn)會(huì)結(jié)合使用低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器?？傊梢詫⑷魏屋敵黾y波減小至少一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。將LC或RC濾波器與LDO結(jié)合使用可進(jìn)一步降低噪聲。

電源噪聲是電子領(lǐng)域所有設(shè)計(jì)人員不可否認(rèn)的關(guān)注點(diǎn)。它影響設(shè)計(jì)各個(gè)方面的能力使得減輕它的需求對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)的成功至關(guān)重要。外部噪聲源的不可預(yù)測(cè)性以及內(nèi)部威脅使降低噪聲成為每個(gè)設(shè)計(jì)師或工程師的首要目標(biāo)。

電腦電源。

減少電源中的噪聲并成功進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，取決于擁有正確的PCB設(shè)計(jì)工具集。無(wú)論您是使用單面板還是多層設(shè)計(jì)，都需要正確的PCB布局和設(shè)計(jì)軟件集
編輯：hfy