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PCB降噪：您需要隔离、屏蔽还是滤波器？
PCB降噪：您需要隔离、屏蔽还是滤波器？
在设计人员在其PCB中面临的所有噪声和操作挑战中，有一个可以说是最受欢迎的总体问题：电子噪声。您在系统中查明的任何噪音都可能有一个或多个可能的原因和解决方案。它可能起源于 SI/PI 问题，可能来自某些外部来源，也可能是老式的串扰！
每当在信号上测量到一些噪声并给整个系统带来一些操作问题时，您应该使用什么解决方案？这些往往分为三类：添加屏蔽、做一些事情以创建隔离或放置过滤器。让我们看看所有这些，因为它们往往是面对许多噪声问题时的默认解决方案集。
第 1 步：确定来源
这听起来很明显，但在您开始尝试任何类型的过滤或屏蔽来降低噪音之前，您应该尝试识别系统中的噪音来源。你会惊讶于我收到关于噪音的问题的频率，但尚未调查可能导致问题开始的原因。不要跳过调查并直接找到解决方案，花时间确定源头。
事实证明，如果您的噪声源于数字系统中的电源完整性问题 ，则三个默认选项（过滤、隔离和屏蔽）中的任何一个都无法解决问题。这是一个叠加和布局问题，简单明了。但是，如果您正在处理诸如允许过多噪声在功率级之间通过的电源系统之类的东西，那么您可能只需要一个简单的滤波器电路。采取一些步骤，通过一些简单的测量来缩小噪声类型，或者至少诊断问题的位置：
进行直接测量；即使是低成本的示波器或简单的万用表也可以查明问题（例如，接地反弹、过多的交流纹波等）
从问题开始，倒退到信号源；噪音问题通常从发现问题的地方开始
这些探头和示波器是定位PCB中噪声的理想工具。
过滤
当您只希望特定频率或频率范围到达互连的负载端时，最好使用滤波电路和组件。翻转这个；滤波器也可用于从互连中去除一个特定的问题频率（例如，陷波滤波器）。滤波最好留给模拟或射频设计师；您不应该使用滤波电路来尝试从承载数字信号的互连中去除噪声。对于射频和模拟系统，带通滤波通常用于将信号传递到接收器并防止噪声。
电力系统还将使用滤波器，主要用于稳压器的输出级或设备连接到主（未稳压）电源的输入级。在这种用法中，滤波器用于尝试去除传导的共模电流。请注意，开关稳压器拓扑具有内置的电感滤波器。如果调节器级的输出噪声太大，则可能需要增加调节器的电感（假设您已经正确布置了电路板）。
隔离
这个术语有点模棱两可，当我们谈论噪音时可能会被过度使用。它经常出现在混合信号PCB布局的背景下。据我所知，这指的是两种可能的行动方案：
拆分系统，使其位于两个不同的接地平面之上
将网络彼此分开以减少串扰
对于混合信号系统，如果您遵循一些围绕布局和布线的基本布局原则，您将不需要做一些不合需要的事情，例如拆分接地层。分离网络始终是防止可能在系统 IO 上显示为噪声的串扰或干扰的好方法。
屏蔽
这应该是尝试消除噪音的最后手段。PCB布局中有许多组件会产生噪声问题，因此很容易只针对这些组件进行屏蔽而忽略其他所有内容。在使用屏蔽之前，请先查看下面的建议列表，然后考虑使用一些屏蔽选项。
该电缆上的屏蔽层有助于阻止干扰。
如果您确实发现需要屏蔽来克服噪声问题并通过EMC测试，则有一些商用屏蔽选项：
定制屏蔽罐，将覆盖组件并接地
屏蔽垫片、化合物和网格
可放置在外壳中的铁氧体板
最简单的屏蔽形式可能已经存在于您的PCB中：您的接地层。只需重新设计叠层以使接地层更靠近您的组件，或者在没有接地层的情况下添加接地层，将提供额外的屏蔽。
简单的数字示例
通常情况下，最好的PCB降噪解决方案可能涉及多个步骤。考虑下面显示的数字板密集布局的快照。假设问题是两个网络之间的串扰，导致其中一个 IO 出现故障。这个问题有两个很好的解决方案：
通过将参考平面移动到更靠近受害网络的层来创建更多屏蔽。这将减少 在攻击者和受害者网络之间产生耦合的相互寄生。
增加攻击者网络和受害者网络之间的间距。这也将减少网络之间的相互寄生。
到目前为止，#1 将是最容易实现的。滤波器可能对消除噪声毛刺携带的一些功率有效，但如果这是一个数字系统，那么滤波器也会消除一些信号，并且可能无法在接收组件的 IO 上正确读取。
在一些密集布局中，最好的PCB降噪方法是将参考平面移近您的表层并将组件彼此分开。
它从堆叠和放置开始
虽然确实可以通过一些有针对性的屏蔽或过滤来解决特定的噪声问题，但您会在大多数电路板中发现的典型串扰和EMI问题无法通过放置滤波器来解决。EMI问题，如串扰、过度辐射、电源毛刺、信号毛刺，甚至一些传导发射，都可以通过智能布局和布局来解决。如果您的叠层和放置正确，您就不必担心过滤器、保护走线或屏蔽材料等愚蠢的东西。相反，请关注一些简单的规则：
将PCB接地层或多边形放置在信号附近
规划考虑您的特定信号频率的接地策略
路由信号，同时沿每条路由保持具有明确定义的返回路径的参考
学会发现会影响信号的寄生参数，特别是高 dV/dt 和 dI/dt 节点和环路
了解可能在您的特定电路或系统中产生噪声的因素