【導讀】任何在示波器上仔細觀(guān)察過(guò)低電平信號讀數的人都會(huì )熟悉電子電路中可能出現的噪聲。出現的各種固有的噪聲源在低信號電平下十分明顯。在其他以典型邏輯電平運行的系統中，由于電磁干擾和電路之間的耦合，會(huì )產(chǎn)生外在噪聲。這些噪聲源都需要一個(gè)特定的電路或策略來(lái)降低耦合強度或減少噪聲，或兩者兼而有之。
本文要點(diǎn)
● 電子產(chǎn)品中有許多噪聲源，可能出現在系統內部和外部。
● 噪聲耦合抑制技術(shù)在電路設計層面和物理布線(xiàn)中實(shí)施，以抑制特定的噪聲源。
● 可以通過(guò)布線(xiàn)前和布線(xiàn)后仿真來(lái)評估噪聲耦合抑制技術(shù)的有效性。
任何在示波器上仔細觀(guān)察過(guò)低電平信號讀數的人都會(huì )熟悉電子電路中可能出現的噪聲。出現的各種固有的噪聲源在低信號電平下十分明顯。在其他以典型邏輯電平運行的系統中，由于電磁干擾和電路之間的耦合，會(huì )產(chǎn)生外在噪聲。這些噪聲源都需要一個(gè)特定的電路或策略來(lái)降低耦合強度或減少噪聲，或兩者兼而有之。
噪聲耦合抑制技術(shù)涉及設計特定電路、使用特定的器件，或在物理布線(xiàn)中放置一些結構來(lái)抑制特定的噪聲源。對于 PCB 設計師來(lái)說(shuō)，修改物理布線(xiàn)以盡量抑制各種噪聲源非常簡(jiǎn)單。本文將介紹可以使用哪些工具來(lái)抑制系統中不同類(lèi)型的噪聲。
將噪聲耦合抑制技術(shù)與噪聲源相匹配
噪聲通常是指出現在互連或電路中的任何不需要的信號，并且可以有多個(gè)來(lái)源。有時(shí)，除非掌握必要的信息，否則很難為特定的噪聲確定具體的來(lái)源。當在電路或互連中檢測到噪聲時(shí)，最好了解是哪種耦合機制帶來(lái)了不必要的噪聲。
所有的電子噪聲最后都會(huì )導致在接收器上讀到不需要的信號，這意味著(zhù)某種機制在受干擾電路或互連中誘發(fā)了一些電壓/電流。噪聲通過(guò)三種可能的機制耦合：
傳導：由于噪聲源和受干擾電路之間的直接接觸，在一個(gè)電路中產(chǎn)生的任何噪聲電流都可以傳導到另一個(gè)電路。
電場(chǎng)耦合：一般是指由于電場(chǎng)的存在而在電介質(zhì)中感應出位移電流。在電路模型方面，電場(chǎng)耦合指的是通過(guò)寄生電容耦合。
磁場(chǎng)耦合：變化的磁場(chǎng)可以通過(guò)法拉第定律在導體中誘發(fā)電流，而不需要噪聲源和受干擾電路之間有直接接觸。
第一種被稱(chēng)為傳導型 EMI，它依賴(lài)于噪聲源和受干擾互連/電路之間的直接接觸。后兩種會(huì )將輻射型 EMI 耦合到電路中，這是指沒(méi)有傳導到受干擾電路或互連的噪聲。
由于輻射型 EMI 可以誘發(fā)電流和電壓，一開(kāi)始的輻射型 EMI 可以作為傳導型 EMI 被接收。這意味著(zhù)有兩種方法來(lái)消除電子電路中的噪聲：
● 防止輻射型 EMI 以電容和電感方式誘發(fā)電路中的噪聲。
● 抑制任何傳導型 EMI，不管它是如何在電路中產(chǎn)生的。
● 接下來(lái)了解一下可以抑制電子系統中這兩種類(lèi)型噪聲的布線(xiàn)策略。
濾波電路
濾波電路是消除傳導型 EMI 的經(jīng)典方法，因為濾波器直接作用于電路中的電壓/電流。濾波器可以是寬帶的，如低/高通濾波器，或極窄帶的，如陷波濾波器。EMI 濾波器可以是單一器件，如共模扼流圈，或是涉及多個(gè)器件的復雜電路。這些電路可以針對單一頻率或較寬的頻率范圍來(lái)使用。
濾波電路可以消除源自輻射型 EMI 的傳導型 EMI。通過(guò)這種方式，濾波電路抑制了來(lái)自電路 1 和電路 2 的任何噪聲耦合。
印刷屏蔽結構
這個(gè)方法聽(tīng)起來(lái)略顯陌生，但它通常是指 PCB 上任何可以對輻射型 EMI 提供屏蔽的結構。這些結構的目的是改變 PCB layout 中的寄生效應，從而阻斷電磁感應的電流。這種結構的例子包括：
● 電子帶隙結構
● 表層覆銅接地
● 額外的平面層
● 沿著(zhù)波導或天線(xiàn)饋線(xiàn)等重要互連的過(guò)孔柵欄
● 重新設計互連結構
這種方法的目標是抑制導致磁耦合或電耦合的寄生效應。要成功做到這一點(diǎn)，需要從物理布線(xiàn)中提取寄生電容和電感的模型?；ミB阻抗取決于自電感和自電容的值，而寄生效應總是會(huì )導致互連阻抗與期望值有所偏差。一些額外的印刷結構或重新設計互連的幾何形狀有助于減少寄生效應，并減少通過(guò)輻射型 EMI 耦合到互連的任何噪聲的強度。
總結
綜上所述，沒(méi)有哪種特定的技術(shù)可以抑制所有形式的噪聲耦合。在系統中使用哪種具體的噪聲耦合抑制技術(shù)，取決于所涉及的特定噪聲源和電路間耦合的功率。我們通過(guò)下列表格對上文討論的噪聲源和抑制方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結。
如果有了合適的降噪技術(shù)，并準備在系統中進(jìn)行驗證，最好在做原型設計之前使用仿真來(lái)對設計進(jìn)行評估。傳導型 EMI 可以在電路仿真中用 SPICE 進(jìn)行檢查。對于其他噪聲源而言，除非有一個(gè)準確的電路模型來(lái)描述系統，否則無(wú)法在電路層面上進(jìn)行檢查。因為這些其他的抑制機制取決于精確的物理布線(xiàn)，所以需要用 3D 場(chǎng)求解器來(lái)全面評估許多噪聲抑制技術(shù)的有效性。對于 PCB 設計工程師來(lái)說(shuō)，最好的場(chǎng)求解器應用可以直接在 PCB 設計工具內使用，并能直接根據布線(xiàn)數據運行模型。
無(wú)論需要解決什么噪聲源，都可以使用具有集成 3D 電磁場(chǎng)求解器和全套 CAD 工具的 PCB 設計和分析軟件來(lái)應用這些噪聲耦合抑制技術(shù)。Cadence 可以提供強大的軟件，自動(dòng)執行系統分析中許多重要的任務(wù)，包括一系列布線(xiàn)前和布線(xiàn)后仿真功能，順利完成系統評估。
（來(lái)源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心）
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