在高頻PCB板中，電源噪聲是比較常見的一類干擾，對高頻信號的影響較大。接下來，我們通過對高頻PCB板上出現(xiàn)的電源噪聲特性和產(chǎn)生原因進行系統(tǒng)分析，并結(jié)合工程應(yīng)用，提出了一些簡單而有效的解決辦法。

電源噪聲的分析

電源噪聲是指由電源自身產(chǎn)生或受擾感應(yīng)的噪聲。其干擾表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、電源本身所固有的阻抗所導(dǎo)致的分布噪聲。

高頻電路中，電源噪聲對高頻信號影響較大。因此，首先需要有低噪聲的電源。干凈的地和干凈的電源是同樣重要的。

理想情況下的電源是沒有阻抗的，因此其不存在噪聲。但是，實際情況下的電源是具有一定阻抗的，并且阻抗是分布在整個電源上的，因此，噪聲也會疊加在電源上。所以應(yīng)該盡可能減小電源的阻抗，最好有專門的電源層和接地層。在高頻電路設(shè)計中，電源以層的形式設(shè)計一般比以總線的形式設(shè)計要好，這樣回路總可以 沿著阻抗最小的路徑走。此外，電源板還得為PCB上所有產(chǎn)生和接受的信號提供一個信號回路，這樣可以最小化信號回路，從而減小噪聲。

2、電源線耦合。

是指交流或直流電源線受到電磁干擾后，電源線又將這些干擾傳輸?shù)狡渌O(shè)備的現(xiàn)象。這是電源噪聲間接地對高頻電路的干擾。需要說明的是：電源的噪聲并不一定是其本身產(chǎn)生的，也可能是外界干擾感應(yīng)的噪聲，再將此噪聲與本身產(chǎn)生的噪聲疊加起來（輻射或傳導(dǎo)）去干擾其他的電路或者器件。

3、共模場干擾。

指的是電源與接地之間的噪聲，它是因為某個電源由被干擾電路形成的環(huán)路和公共參考面上引起的共模電壓而造成的干擾，其值要視電場和磁場的相對的強弱來定。

在該通道上，Ic的下降會在串聯(lián)的電流回路中引起共模電壓，影響接收部分。如果磁場占主要地位，在串聯(lián)地回路中產(chǎn)生的共模電壓的值是：

Vcm = — (△B/△t) × S （1）

式（1）中的ΔB為磁感應(yīng)強度的變化量，Wb/m2；S為面積，m2。

如果是電磁場，已知它的電場值時，其感應(yīng)電壓為：

Vcm = (L×h×F×E/48) （2）

式（2）一般適用于L=150/F以下，F(xiàn)為電磁波頻率MHz。

如果超過這個限制的話，最大感應(yīng)電壓的計算可簡化為：

Vcm = 2×h×E （3）

4、差模場干擾。

指電源與輸入輸出電源線間的干擾。在實際PCB設(shè)計中，筆者發(fā)現(xiàn)其在電源噪聲中所占的比重很小，因此這里可以不作討論。

5、線間干擾。

指電源線間的干擾。在兩個不同的并聯(lián)電路之間存在著互電容C和互感M1-2時，如果干擾源電路中有電壓VC和電流IC，則被干擾電路中將出現(xiàn)：

a. 通過容性阻抗耦合的電壓為

Vcm = Rv*C1-2*△Vc/△t （4）

式（4）中Rv是被干擾電路近端電阻和遠端電阻的并聯(lián)值。

b. 通過感性耦合的串聯(lián)電阻

V = M1-2*△Ic/△t （5）

如果干擾源中有共模噪聲，則線間干擾一般表現(xiàn)為共模和差模兩種形式。

PCB設(shè)計中消除電源噪聲的方法

1、注意板上通孔：通孔使得電源層上需要刻蝕開口以留出空間給通孔通過。而如果電源層開口過大，勢必影響信號回路，信號被迫繞開，回路面積增大，噪聲加大。同時如果一些信號線都集中在開口附近，共用這一段回路，公共阻抗將引發(fā)串擾。

2、連接線需要足夠多的地線：每一信號需要有自己的專有的信號回路，而且信號和回路的環(huán)路面積盡可能小，也就是說信號與回路要并行。

3、模擬與數(shù)字電源的電源要分開：高頻器件一般對數(shù)字噪音非常敏感，所以兩者要分開，在電源的入口處接在一起，若信號要跨越模擬和數(shù)字兩部分的話，可以在信號跨越處放置一條回路以減小環(huán)路面積。

4、避免分開的電源在不同層間重疊：否則電路噪聲很容易通過寄生電容耦合過去。

5、隔離敏感元件：如PLL。

6、放置電源線：為減小信號回路，通過放置電源線在信號線邊上來實現(xiàn)減小噪聲。

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