静噪基础教程——如何根据数字电路的特性选择铁氧体磁珠

周五, 12 四月 2019 - 14:37

2-1. 简介

如果数字电路中的信号频率加快，辐射噪声也会增强，噪声抑制将变得困难。

因此，为了降低电流，还需要降低信号电压或采取其他措施。例如，过去数字电路电源电压的主流为5V，但现在使用了3.3V、1.8V和1.3V等各种电压。

若如此降低电压，即使波形发生轻微振铃，也会导致电路退化。因此，必须抑制信号波形的振铃。

若要完全抑制波形的振铃，仅增加阻尼电阻器是不够的。还需要匹配（1）传输侧的输出阻抗，（2）传输线的特性阻抗，以及（3）负载侧的输入阻抗。

后文将通过为数字信号线增加电阻器和改变传输线的特性阻抗，说明阻抗匹配对波形和辐射噪声的影响。
<img alt="图1：降低高速信号传输电压的优势与劣势" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="135f9c25-a422-417e-b339-78c67ccf0209" height="421" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%EF%BC%9A%E9%99%8D%E4%BD%8E%E9%AB%98%E9%80%9F%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E4%BC%A0%E8%BE%93%E7%94%B5%E5%8E%8B%E7%9A%84%E4%BC%98%E5%8A%BF%E4%B8%8E%E5%8A%A3%E5%8A%BF.png" width="684" />
2-2. 阻抗匹配前的波形和辐射噪声

我准备了一个评估基板，通过测量波形和辐射噪声来观察阻抗匹配的影响。

图A显示了评估基板。信号发送自通用逻辑IC 74ALVC04（非元件），并由74ALVC04接收。对于背面完全接地的双面基板，信号频率为40MHz，传输线长度为10cm，基板厚度t为1.6mm，电源电压为3.3V。40MHz不再是高速信号，但考虑到实验的容易性，选择了信号频率和IC。

图B显示了波形和辐射噪声的测量结果。

波形中出现大振铃。这是因为信号的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的负载阻抗不相匹配。
<img alt="评估基板" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="53516fba-d2df-4788-83cc-67b307bf6979" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2%EF%BC%9A%E8%AF%84%E4%BC%B0%E5%9F%BA%E6%9D%BF.png" /><img alt="初始波形和辐射噪声的测量结果" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6cabf8ca-c6a2-49e2-a0e4-566836d3860b" height="299" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3%EF%BC%9A%E5%88%9D%E5%A7%8B%E6%B3%A2%E5%BD%A2%E5%92%8C%E8%BE%90%E5%B0%84%E5%99%AA%E5%A3%B0%E7%9A%84%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%BB%93%E6%9E%9C.png" width="702" />
为实现阻抗匹配，如图C所示，对该测试基板进行了如下改动。

(1)改变特性阻抗z：130 ohms -> 50 ohms 
(2)在传输侧的输出端增加一个30ohms的电阻器，并将输出阻抗更改为50ohms 
(3)以50ohms的负载阻抗为终端
<img alt="通过阻抗匹配抑制信号波形振铃" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="fb4d6b19-beda-4762-bcc9-90cb57267cf1" height="469" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%EF%BC%9A%E9%80%9A%E8%BF%87%E9%98%BB%E6%8A%97%E5%8C%B9%E9%85%8D%E6%8A%91%E5%88%B6%E4%BF%A1%E5%8F%B7%E6%B3%A2%E5%BD%A2%E6%8C%AF%E9%93%83.png" width="713" />