PCB电源噪声分析及抑制方法

PCB电源的稳定性和信号的完整性二者是密切关联的，很多情况下影响信号畸变的主要原因是电源的供电系统。

一、电源噪声的滤出

由于不论采用何种电源分配方案，系统中的PCB的分层、电源板层平面的形状、元器件的布局、过孔和管脚的分布等都会影响电源与地之间的阻抗从而产生严重的噪声，造成信号畸变。为了减少电源与地之间的阻抗，最合适的一个方法是在电源和地之间放置一定数量的去耦电容，增加额外的滤波，减少电源供电系统阻抗。这样既能使PCB板本身特有的谐振可以被抑制掉，从而减少噪声的产生，又能降低PCB边缘辐射以缓解电磁兼容问题。

电路工作频率范围在几百兆赫兹时，PCB上放置分立的去耦电容在控制电源供电系统阻抗时起到很好的作用。但频率再高时，每个分立去耦电容的寄生电感以及板层和过孔的环路电感将会极大地降低去耦效果，因此仅仅通过PCB上放置分立的去耦电容是无法进一步降低电源供电系统的阻抗的。为了使电源系统在高频情况下也能保持低阻抗，芯片及集成电路封装结构子系统都要设置去耦电容。芯片上的电源栅格由交替放置的几层金属层构成，因此电源栅格之间形成了去耦电容。

另外在芯片的内核电源供电部分集成人量的去耦单元。在集成电路封装结构的上表面安装去耦电容。这样当频率范围从几百兆赫兹到吉赫兹时，封装结构的电源供电系统的板间电容、封装结构上放置的分立去耦电容、芯片内电源栅格之间的电容以及芯片内的去耦电容将起到很好的去耦作用。电源系统的各部分去耦电容分别在不同的频率范围内作出响应，因此通过对芯片进行封装。PCB的电源供电系统进行优化设计，充分发挥各部分的滤波作用，就能有效地达到滤出电源噪声的目的。

二、电源供电系统的布线规则

为了保证PCB的电源供电系统能为系统提供稳定可靠的电源，除了在电路中放置去耦电容外，在电源的布线方面也有严格的要求。电源布线的一般规则如下：

1、电源线和地线的设计

PCB中的电源线和地线的设计尤为重要。根据不同的PCB流过电流的大小，尽量加大电源线的宽度，这样既可以减小环路电阻，又能降低耦合噪声：地线应短而粗，如果地线是很细的导线，接地电位就会随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。

可以用大面积铜层作地线用，或做成多层板，电源与地线各占用一层；为了减少阻抗，电源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线应短而粗；为了减少信号环路面积，要使电源总线靠近信号线，并且尽量不要走长的电源连线：避免分开的电源在不同的层之间重叠，如果电源层交叠，电路就会有交叠的可能，会损害电路的分离性，使得噪声很容易通过寄生电容耦合过去。

2、高速模拟器件

高速模拟器件一般对数字噪声很敏感，因此模拟电路与数字电路的供电电源要分开。但有些器件，其信号跨越模拟和数字两部分，这时可在信号跨越处放置一条回路以减小环路面积。

3、高速和高功耗的器件

尽量将高速和高功耗的器件放置在一起，这样可减少电源电压瞬时的过冲。

4、对干扰特别敏感的器件

有些器件对干扰特别敏感，如锁相环电路，因此需要对敏感器件进行隔离。隔离方法是在电源层上刻蚀一个U形隔离槽，将敏感器件置于其中，这样，外部噪声只能沿着U形槽走，避免靠近敏感器件。

5、电路的抗干扰能力

为了提高电路的抗干扰能力，要对电路中的单片机使用电源监控。对单片机闲置的I／O口，要接地或接电源，不要悬空。