高速電路PCB的電源地噪聲設計 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]
前言
在高速電路系統的PCB上,噪聲是一個很常見的問題。噪聲產生的原因一般是由高頻信號輻射干擾,高速變化的數字信號導致振鈴、反射、串擾和EMI等問題造成。合理的設計PCB上的電源層疊、走線等策略,可以有效地降低電源或信號線上的噪聲。實際上,PCB就是系統設計的載體,在理想的系統設計中,系統工程師很少考慮到電源的回路並非理想狀態下的零阻抗。這也許可以解釋為什麼很多PCB被設計出來后,電源、地和各信號並沒有在理想的數值上運作的原因。
電源系統的阻抗
理想電源的阻抗為0,0阻抗保證了源端電壓與負載端電壓一致,因為負載端的阻抗相對於源端的0阻抗為無窮大,所有的噪聲都將被這個理想的電源所吸收,但是,實際電源並不是0阻抗的,圖1(a)為一理想電源,(b)以電阻、電感、電容的形式表示一個實際電源的阻抗。
對於我們常用的電源地平面系統來說,電源地平面間的阻抗可以用下式計算(遠低於其諧振頻率情況下)︰
其中D為兩平面間距,W為兩平面的公共面積。
我們無一例外地使用電源地平面作為高速電路板的電源分發系統,因為平面層具有比匯流排式的電源更低的阻抗,是不是任何情況都是這樣呢?不是,高速電路的電源地平面構成了一個諧振腔,在其諧振頻率上將表現出很高的阻抗,如果信號工作頻率或者其高次諧波正好在這個諧振頻率上,那么整個系統就是一個巨大的干擾輻射源。
我們常用的單板其第一個諧振頻率點約在200M─400M,一個6cmX6cm的單板其第一個諧振頻率點約在800M左右。板子越小,越可能有高的諧振頻率點。
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