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PCB降噪：您需要隔離、屏蔽還是濾波器？
PCB降噪：您需要隔離、屏蔽還是濾波器？
在設計人員在其PCB中面臨的所有噪聲和操作挑戰中，有一個可以說是最受歡迎的總體問題：電子噪聲。您在系統中查明的任何噪音都可能有一個或多個可能的原因和解決方案。它可能起源于 SI/PI 問題，可能來自某些外部來源，也可能是老式的串擾！
每當在信號上測量到一些噪聲并給整個系統帶來一些操作問題時，您應該使用什么解決方案？這些往往分為三類：添加屏蔽、做一些事情以創建隔離或放置過濾器。讓我們看看所有這些，因為它們往往是面對許多噪聲問題時的默認解決方案集。
第 1 步：確定來源
這聽起來很明顯，但在您開始嘗試任何類型的過濾或屏蔽來降低噪音之前，您應該嘗試識別系統中的噪音來源。你會驚訝于我收到關于噪音的問題的頻率，但尚未調查可能導致問題開始的原因。不要跳過調查并直接找到解決方案，花時間確定源頭。
事實證明，如果您的噪聲源于數字系統中的電源完整性問題 ，則三個默認選項（過濾、隔離和屏蔽）中的任何一個都無法解決問題。這是一個疊加和布局問題，簡單明了。但是，如果您正在處理諸如允許過多噪聲在功率級之間通過的電源系統之類的東西，那么您可能只需要一個簡單的濾波器電路。采取一些步驟，通過一些簡單的測量來縮小噪聲類型，或者至少診斷問題的位置：
進行直接測量；即使是低成本的示波器或簡單的萬用表也可以查明問題（例如，接地反彈、過多的交流紋波等）
從問題開始，倒退到信號源；噪音問題通常從發現問題的地方開始
這些探頭和示波器是定位PCB中噪聲的理想工具。
過濾
當您只希望特定頻率或頻率范圍到達互連的負載端時，最好使用濾波電路和組件。翻轉這個；濾波器也可用于從互連中去除一個特定的問題頻率（例如，陷波濾波器）。濾波最好留給模擬或射頻設計師；您不應該使用濾波電路來嘗試從承載數字信號的互連中去除噪聲。對于射頻和模擬系統，帶通濾波通常用于將信號傳遞到接收器并防止噪聲。
電力系統還將使用濾波器，主要用于穩壓器的輸出級或設備連接到主（未穩壓）電源的輸入級。在這種用法中，濾波器用于嘗試去除傳導的共模電流。請注意，開關穩壓器拓撲具有內置的電感濾波器。如果調節器級的輸出噪聲太大，則可能需要增加調節器的電感（假設您已經正確布置了電路板）。
隔離
這個術語有點模棱兩可，當我們談論噪音時可能會被過度使用。它經常出現在混合信號PCB布局的背景下。據我所知，這指的是兩種可能的行動方案：
拆分系統，使其位于兩個不同的接地平面之上
將網絡彼此分開以減少串擾
對于混合信號系統，如果您遵循一些圍繞布局和布線的基本布局原則，您將不需要做一些不合需要的事情，例如拆分接地層。分離網絡始終是防止可能在系統 IO 上顯示為噪聲的串擾或干擾的好方法。
屏蔽
這應該是嘗試消除噪音的最后手段。PCB布局中有許多組件會產生噪聲問題，因此很容易只針對這些組件進行屏蔽而忽略其他所有內容。在使用屏蔽之前，請先查看下面的建議列表，然后考慮使用一些屏蔽選項。
該電纜上的屏蔽層有助于阻止干擾。
如果您確實發現需要屏蔽來克服噪聲問題并通過EMC測試，則有一些商用屏蔽選項：
定制屏蔽罐，將覆蓋組件并接地
屏蔽墊片、化合物和網格
可放置在外殼中的鐵氧體板
最簡單的屏蔽形式可能已經存在于您的PCB中：您的接地層。只需重新設計疊層以使接地層更靠近您的組件，或者在沒有接地層的情況下添加接地層，將提供額外的屏蔽。
簡單的數字示例
通常情況下，最好的PCB降噪解決方案可能涉及多個步驟。考慮下面顯示的數字板密集布局的快照。假設問題是兩個網絡之間的串擾，導致其中一個 IO 出現故障。這個問題有兩個很好的解決方案：
通過將參考平面移動到更靠近受害網絡的層來創建更多屏蔽。這將減少 在攻擊者和受害者網絡之間產生耦合的相互寄生。
增加攻擊者網絡和受害者網絡之間的間距。這也將減少網絡之間的相互寄生。
到目前為止，#1 將是最容易實現的。濾波器可能對消除噪聲毛刺攜帶的一些功率有效，但如果這是一個數字系統，那么濾波器也會消除一些信號，并且可能無法在接收組件的 IO 上正確讀取。
在一些密集布局中，最好的PCB降噪方法是將參考平面移近您的表層并將組件彼此分開。
它從堆疊和放置開始
雖然確實可以通過一些有針對性的屏蔽或過濾來解決特定的噪聲問題，但您會在大多數電路板中發現的典型串擾和EMI問題無法通過放置濾波器來解決。EMI問題，如串擾、過度輻射、電源毛刺、信號毛刺，甚至一些傳導發射，都可以通過智能布局和布局來解決。如果您的疊層和放置正確，您就不必擔心過濾器、保護走線或屏蔽材料等愚蠢的東西。相反，請關注一些簡單的規則：
將PCB接地層或多邊形放置在信號附近
規劃考慮您的特定信號頻率的接地策略
路由信號，同時沿每條路由保持具有明確定義的返回路徑的參考
學會發現會影響信號的寄生參數，特別是高 dV/dt 和 dI/dt 節點和環路
了解可能在您的特定電路或系統中產生噪聲的因素