高频PCB设计过程中的电源噪声的分析及对策

摘　要：系统地分析了现今高频PCB板中的电源噪声干扰的各种表现形式及其成因，通过公式推导，结合工程经验，提出了若干相应的对策，归纳了对电源噪声的抑制应遵循的总的原则。

关键词：电源；噪声；干扰；PCB

在高频PCB板中，较重要的一类干扰便是电源噪声。笔者通过对高频PCB板上出现的电源噪声特性和产生原因进行系统分析，并结合工程应用，提出了一些非常有效而又简便的解决办法。

电源噪声的分析

电源噪声是指由电源自身产生或受扰感应的噪声。其干扰表现在以下几个方面：

1）电源本身所固有的阻抗所导致的分布噪声。高频威廉希尔官方网站 中，电源噪声对高频信号影响较大。因此，首先需要有低噪声的电源。干净的地和干净的电源是同样重要的。电源特性如图1所示。

从图1可以看出，理想情况下的电源是没有阻抗的，因此其不存在噪声。但是，实际情况下的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。所以应该尽可能减小电源的阻抗，有专门的电源层和接地层。在高频威廉希尔官方网站 设计中，电源以层的形式设计一般比以总线的形式设计要好，这样回路总可以沿着阻抗的路径走。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，这样可以化信号回路，从而减小噪声。

2）共模场干扰。指的是电源与接地之间的噪声，它是因为某个电源由被干扰威廉希尔官方网站 形成的环路和公共参考面上引起的共模电压而造成的干扰，其值要视电场和磁场的相对的强弱来定。如图2。

在该通道上，Ic的下降会在串联的电流回路中引起共模电压，影响接收部分。如果磁场占主要地位，在串联地回路中产生的共模电压的值是：

式（1）中的ΔB为磁感应强度的变化量，Wb/m2；S为面积，m2。

如果是电磁场，已知它的电场值时，其感应电压为

式（2）一般适用于L=150/F以下，F为电磁波频率MHz。

笔者的经验是：如果超过这个限制的话，感应电压的计算可简化为：

3）差模场干扰。指电源与输入输出电源线间的干扰。在实际PCB设计中，笔者发现其在电源噪声中所占的比重很小，因此这里可以不作讨论。

4）线间干扰。指电源线间的干扰。在两个不同的并联威廉希尔官方网站 之间存在着互电容C和互感M1-2时，如果干扰源威廉希尔官方网站 中有电压VC和电流IC，则被干扰威廉希尔官方网站 中将出现：

a. 通过容性阻抗耦合的电压为

式（4）中RV是被干扰威廉希尔官方网站 近端电阻和远端电阻的并联值。

b.通过感性耦合的串联电阻

如果干扰源中有共模噪声，则线间干扰一般表现为共模和差模两种形式。

5）电源线耦合。是指交流或直流电源线受到电磁干扰后，电源线又将这些干扰传输到其他设备的现象。这是电源噪声间接地对高频威廉希尔官方网站 的干扰。需要说明的是：电源的噪声并不一定是其本身产生的，也可能是外界干扰感应的噪声，再将此噪声与本身产生的噪声叠加起来（辐射或传导）去干扰其他的威廉希尔官方网站 或者器件。

消除电源噪声干扰的对策

针对以上所分析的电源噪声干扰的不同表现形式及其成因，可以针对性地破坏其发生的条件，就能有效抑制电源噪声的干扰。解决的方法有：

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，信号被迫绕行，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。参看图3。

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）放置电源噪声滤波器。它能有效抑制电源内部的噪声，提高系统的抗干扰性和安全性。并且它是双向射频滤波器，既能滤掉从电源线上引入的噪声干扰（防止其他设备的干扰），又能滤掉自身所产生的噪声（避免干扰其他设备），对串模共模干扰均起抑制作用。

4）电源隔离变压器。将电源环路或信号电缆的共模地环路分开，它能对高频中所产生的共模环路电流进行有效隔离。

5）电源稳压器。重获一个更干净的电源，能很大程度地降低电源噪声大小。

6）布线。电源的输入输出线应避免布在介质板的边缘，否则容易产生辐射，干扰其他威廉希尔官方网站 或设备。

7）模拟与数字电源要分开。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。如图4。

8）避免分开的电源在不同层间重叠。尽量将其错开，否则电源噪声很容易通过寄生电容耦合过去。

9）隔离敏感元件。有些元件如锁相环（PLL）对电源噪声非常敏感，应让它们离电源尽可能的远

10）放置电源线。为了减小信号回路，可通过放置电源线在信号线边上来实现减小噪声，如图5。

11）为了防止电源噪声对威廉希尔官方网站 板的干扰以及外界对电源的干扰而导致的累加噪声，可以在干扰路径上（辐射除外）并连一个旁路电容接地，这样能将噪声旁路到地以避免干扰其他设备和器件。

结　论

电源噪声是直接或者间接的从电源中产生出来的，并且对威廉希尔官方网站 进行干扰，在抑制它对威廉希尔官方网站 的影响的时候，应该遵循一个总的原则，那就是：一方面，要尽可能阻止电源噪声对威廉希尔官方网站 的影响，另一方面，也要尽可能减小外界或者威廉希尔官方网站 对电源的影响，以免恶化电源的噪声。