想降低電源雜訊? 這四種選擇可以幫到你
作者 : Emily Newton
電源雜訊是一個經常出現的結果，設計者和其他參與電子生產的人必須預測並計畫減少它們。本文介紹實現該目標的一些可行的方法。
應用濾波器
一個具有多種相關可能性的選項是使用濾波技術來管理電源雜訊。例如，您可以使用輸出電容來最小化雜訊，因為它們會對電源電路的輸出阻抗產生反應。但是，電容具有等效串聯電阻(ESR)和等效電感(ESL)。選擇具有較低ESR和ESL的電容將減少雜訊。
但是，請注意，ESR的急劇降低(可以通過用陶瓷電容代替電解電容來實現)可能會導致電源不穩定，因為ESR可能會提供與回饋相關的誤差信號。
另外，鐵氧體磁珠特別適合過濾高頻輸出雜訊。它們能耗散高頻雜訊能量，並在很寬的頻率範圍內耗散。但是，鐵氧體磁珠在所需的頻率範圍內會變成電阻，過多的雜訊會以熱量的形式消散。
電磁干擾和射頻干擾濾波器也有助於雜訊管理，因為它們可以防止這些類型的電雜訊進入系統並破壞其功能。這些濾波器還可以阻止您的設備將電雜訊傳到電線上。第二點很重要，因為政府監管機構規定了設備可以產生多少雜訊並通過交流電線傳輸。在北美和歐洲也有不同的限制。
鉗位濾波器(所謂的鐵氧體鉗位)是其他流行的干預方法，特別是在電腦或辦公設備等產品中。這些濾波器有一個嵌入塑膠中的圓柱形鐵氧體磁芯，並縱向分成兩部分。鉗位濾波器的主要優點是您可以在現有的電子設備設置中使用它，而無需切斷電纜。這些濾波器還可以保護設備免受靜電影響。
明確設備的預期工作溫度
極端溫度會損壞電子產品並導致更多的電源雜訊。然而，通過結合設計考慮和客戶教育，公司代表可以增加使用者對產品性能滿意的可能性。
例如，一個通風的電源可以使系統保持在合適的溫度，但如果人們要在多塵或潮濕的環境中使用這些產品，那麼它就不是一個合適的選擇。此外，如果電源有可能變熱並對操作員帶來燒傷風險，設計人員必須考慮最有效的方法來保持其冷卻。
相反，寒冷的天氣會增加輸出電壓的漣波，增加系統雜訊。低溫也可能對電源的輸出調節能力產生負面影響。電子產品通常在低溫下比在高溫下表現更好，但任一方向的極端溫度都會損害設備的性能。
建議客戶不要在冷到足以增加系統雜訊的天氣中操作產品，這是一種直接的減少雜訊的方法。與此相關地，提供一份詳細的規格表，讓人們在擁有或使用產品時可以輕鬆的參考。
注意PCB的設計
PCB對於許多帶電源的設備來說都是必不可少的，而且它們還在不斷改進中。最新的創新之一是使用3D列印來製作PCB。然而，即使人們在探索新的生產方法，一些減輕電源雜訊的最佳實踐仍然是不變的。
對於初學者來說，保持PCB信號走線的尺寸盡可能窄和薄。寬度為4-8mm且厚度小於8mm的跡線通常是理想的。將PCB的跡線保持在這些建議的限制範圍內，應該最大限度地減少電容耦合，這將減少雜訊，尤其是高頻下出現的聲音。
在規劃走線佈局時，確保相鄰跡線之間的距離始終大於它們的寬度。這樣做會減少串擾的幾率。如果PCB上有兩個相鄰的信號層，請檢查其中一層是否有水準佈線，另一層是否有垂直佈線，這是減少串擾的另一種方法。將電源線和所有其他PCB輸入通過濾波器也可以降低雜訊。
在處理與敏感信號相關的PCB走線時，無論該線路和振盪電路是否在同一PCB層上，都應使其遠離振盪電路。
將PCB設計成獨立的區域是另一種影響信號完整性的雜訊管理技術。將類比信號和數位信號分開是一種最合適的做法。數位信號會產生高頻雜訊，從而導致這兩種類型的電路出現錯誤。同樣，在PCB上要將高頻信號與低頻信號分開。
尋求後級調整的方案
在電源輸出中加入第二個低雜訊穩壓器是另一個降低雜訊的考量方向。此選項會增加總體設計成本，但這是一種普遍選擇的方法。
人們通常使用低壓差線性穩壓器來減輕電源雜訊。這樣做可以使輸出漣波至少減少一個數量級或更多。應用LC或RC濾波器可以進一步提高降噪效果。
但是，如果選擇在設計中使用RC或LC濾波器，請花些時間來選擇最合適的濾波器。RC濾波器要求電源有通風設備，能有效地散去電阻產生的熱量。此外，雖然RC濾波器相對便宜，但它們僅適用於小負載電流，最適合管理低功率信號。
相反，LC濾波器適用於負載較重的電流，並且會減輕高功率信號。這些濾波器不需要補充通風設備，因為電感不產生熱量。
對電源雜訊有一個現實的觀點
這些策略將幫助您控制電源中的雜訊。然而，最後要記住的是您無法消除雜訊，因此定義什麼是您的產品可接受的雜訊水準總是有用的。
一旦確定了這一點，就可以更輕鬆地選擇上述一種或多種策略，並應用它們來獲得所需的結果。如果你正在設計一個以前產品的更新版本，結合客戶回饋，可以突出設計的弱點，改善這些弱點可以降低電源雜訊，同時帶來其他好處。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：How to Reduce Power Supply Noise，by Emily Newton)
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