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技術(shù)專題
如何減少電路板的紋波
在PCB設(shè)計中如何減少紋波的產(chǎn)生呢？開關(guān)電源PCB設(shè)計的疏忽會由于電源網(wǎng)絡(luò)中的紋波而使整個電路癱瘓。如果沒有檢測到，電源紋波會導(dǎo)致嚴重的信號完整性問題。
是什么導(dǎo)致電源紋波
電源紋波是由電源的開關(guān)特性引起的現(xiàn)象。它通常發(fā)生在開關(guān)電源中，其中電感和電容會引入由開關(guān)頻率引起的噪聲。由開關(guān)頻率引入的電源紋波通常會在低頻諧振。
但是，低頻電源紋波并不是PCB設(shè)計人員唯一關(guān)心的問題。高頻功率紋波或振鈴也可以通過電感的寄生電容引入到開關(guān)電源的輸出中。振鈴發(fā)生在開關(guān)電源的通斷轉(zhuǎn)換期間，并通過沿紋波的尖峰來識別。
功率紋波如何影響電子電路
小船毫無問題地在柔和的波浪中巡游。但是，依賴于干凈電源的電子電路不能說相同的話。無論是低頻還是高頻，電源紋波都可能損害電路的功能。
電壓走線中存在的波紋可能會導(dǎo)致與相鄰電路的串擾。電力線上的高頻振鈴將耦合到IC上的信號引腳。的確，大多數(shù)IC可以容忍一定數(shù)量的噪聲，但更高頻率的噪聲超出了電源抑制比。
當開關(guān)模式噪聲和振鈴開始耦合到信號中時，將損害輸入讀數(shù)的準確性。通信信號以及電源紋波會導(dǎo)致信號完整性問題。功率紋波不僅僅是煩人的事。這是一個很嚴重的問題，可能會使電子電路癱瘓。
如何在PCB設(shè)計中減少電源紋波
除非你使用線性電源進行PCB設(shè)計，否則你將不得不處理電源紋波。為了減少電源紋波的影響，你必須減小初始峰值和隨后的后續(xù)紋波的幅度。
這里有一些方便的技巧可以解決設(shè)計中的電源紋波。
1.緩沖電路
可以在開關(guān)電源中的低端MOSFET的開關(guān)節(jié)點兩端放置一個由電阻器和電容組成的緩沖電路，以減少振鈴。兩種RC組合均用作阻尼器，吸收MOSFET改變狀態(tài)時釋放的能量。使用緩沖電路有助于減少振鈴發(fā)出的EMI。
2.引導(dǎo)電阻
引導(dǎo)電阻限制了振鈴噪聲的初始分支。它放置在與自舉電容串聯(lián)的高端MOSFET柵極的兩端。當在PCB設(shè)計中添加啟動電阻時，MOSFET的充電時間會增加，以抑制初始峰值。你需要對啟動電阻的值保持謹慎，因為流過的電流太少會影響開關(guān)電源的性能。可以通過限制MOSFET的充電電流來減小紋波。
3.穿心電容
你可能會想到，使用電容來消除紋波是個好主意。但是典型的電容僅有助于濾除低頻噪聲。為了減少高頻紋波，盡量使用穿通電容。穿心電容具有三個端子，可以在高頻下產(chǎn)生更好的插入損耗。
當然，最重要的是，相信可靠的仿真工具可以通過龐大的腳新模型參數(shù)庫準確地對電源和電源紋波進行建模，將大大提高你設(shè)計出電源紋波無法克服的電路的幾率。
通常，所有上述方法都同時用于為開關(guān)電源提供較好性能。作為PCB設(shè)計人員，你將希望在不影響電源效率的情況下腳大程度地減小電源紋波。