雜訊消除與抑制對策
序前篇技術文件「雜訊抑制電路設計方法」,我們了解到相關雜訊的來源(石英 晶體振盪器內部 IC 以及其周邊電路/電源端與輸出訊號端)。 在本篇章節,我們將會進一步探討與說明,如何降低與抑制雜訊的解決方式。
首先,主要降低雜訊的方式,有以下三種設計參考:
1. 建立穩定的電源與接地設計
2. 抑制電源雜訊的濾波線路設計 (安裝濾波線路以防止由電源所發出的雜訊)
3. 穩定的輸出訊號線配置
在此章節將會先以下列兩項參考設計解決方式進行說明;
1. 建立穩定的電源與接地設計
2. 抑制電源雜訊的濾波線路設計
1. 穩定的電源和接地設計
穩定的電源和接地設計,是基於在高頻的頻段會有較低的阻抗,同時為了實現 在各頻寬下各頻率點都能有均勻電位的導通特性考量。而接地線代表電路的基 本參考電位,透過更寬闊表面積的接地層設計,以提供最穩定的設計特性。 當在採用多層板設計時,可透過額外的接地層來配置獨立的電源線和接地線。 關於焊點設計的部份,採用更寬的接觸面積可確保較低的阻抗,進而降低雜訊 產生。
2. 電源線濾波設計
透過搭配石英晶體振盪器的電路設計為例,通常會在電源端和接地線之間設計 一個濾波線路,除了可防止由石英晶體振盪器的雜訊洩漏到電源端或接地線, 同時也可避免由電源線向石英晶體振器發出雜訊干擾。 而最為常用的濾波線路設計,大多會是在電源線和接地線之間連接一個或多個 旁通電路專用濾波電容器。
a .旁通電路專用濾波電容器
旁通電路上的濾波電容的工作原理,主要是用來降低電阻(抗)間的相互作用, 目的在於可以幫助提高整體電路的穩定運作,同時可吸收存在於電源線上的雜訊,這是最為普遍用來降低雜訊的方法。而透過適當的電容器容值設計選用, 可以解決大多數與雜訊相關的問題。
i.旁通電路電容器容量選用
標準旁通電路電容值,如果只設計一顆時,建議約保持在 0.01μF 至 1μF 間,此 旁通電路電容值建議盡可能越小越好。 同時,必須確認此旁通電路電容器電容值的頻率特性,以確保在高頻或低頻段 時的阻抗不會增加。 下圖參考(高耗電,對電源雜訊極度敏感的「差動式輸出」石英晶體振盪器電路 設計),當旁通電路濾波用電容採用兩顆設計,電容器一容值約 0.1μF,建議置 放於愈接近 Vcc 和 GND走線間。
電容器二容值約 10μF,建議置放於愈接近電路板上電源走線路徑上。 採用兩顆旁通電路電容器大、小電容量時,可以分別過濾來自電源線上的高頻、低頻雜訊。
ii.旁通電路電容實裝設計
為了降低雜訊干擾,旁通電路用電容應盡可能靠近石英晶體振盪器。因為隨著 走線長度的增加,寄生電感特性也將隨之增加,並導致高頻阻抗特性增大,所 以必須留意旁通電路電容器的走線設計,以便讓信號可經由旁通電路電容器再 流通過電源線,這可強制讓雜訊通過旁通電路電容器,有效提高雜訊消除。
然而,高頻雜訊通常會以直線方式來傳遞,所以在設計旁通電路電容時,請務 必避免使用圖 2a 中的設計方式。如果是使用圖 2a 的設計方式,雜訊將不會通 過旁路電容器而無法達到抑制的效果。因此,我們建議採用圖 2b 中顯示的圖面 設計。