圖 2-1 由於射頻放大器干擾類比電路電源導致音頻放大器輸出之噪音 訊號;上圖,噪音時域信號;下圖,比例頻譜圖,主頻率大小為 1,其 他頻率為主頻率比例大小。
為了更清楚解釋這個機制,我們使用 PSPICE 模擬這電壓變動的狀況。
圖 2-2(a)為模擬電路,假設我們使用一般的線性電壓調整器(Linear Regulator),其內阻一般為 0.01 OHM,且當射頻放大器工作時消耗電流 330mA,關閉時消耗 1mA。假設音頻放大器置於電壓調整器以及射頻放大器 中間,三者電壓層使用 1mm 寬走線,電壓調整器距離射頻放大器 3cm,電源
因為電源層阻抗包括電源層以及地層(Ground plant),所以最後得到模擬 的阻抗為 0.114X10-2Ω/cm,因此電壓調整器與射頻放大器電源層阻抗為 是成正比,1000uF 的電容大小跟手機天線一樣,在市場上要求手機體積越 來越小,這個方法是不可行的,所以在第三章中,我們會針對傳導干擾進 行更深入的研究,期待以最佳的解決方式來改善這電壓變動的現象。
(a)
(b)
圖 2-2(a),使用 1mm 走線做為供應電源層的模擬線路圖;
圖 2-2(b),模擬之受射頻放大器干擾的電源
2-2 輻射式干擾
對於輻射干擾源的遠場(far field radiation)而言,印刷電路板上的 微帶線(Microstrip line)都不是良好的接收天線,因為根據天線理論,良 好的傳送天線也會是良好的接收天線,而微帶線輻射遠場將會因為差模電 流抵消。
如圖 2-3,當微帶線接收到遠場輻射時,信號走線會感應電流 Ia,接 地層則產生映對電流 Iz,兩者方向相同而且大小相同,因為對遠場輻射源 而言,微帶線與其電源層迴路(Power Plane return path)位置一樣,所以 感應的電流也會一模一樣。對於音頻電路的輸入端而言,此干擾電流幾乎
Radiation source
但是對於近場輻射(Near field radiation),這個理論並不適用。任
音頻放大器中最常使用的元件是差動放大器(operational
amplifier),研究中也針對差動放大器做相關的實驗。如圖 2-6,研究中使 用一般 741 差動放大器,將差動放大器接成電壓隨偶器(Voltage
follower),當射頻頻率變化時,原本應該維持零電位的輸出直流電壓開始 飄移,當頻率越大時,飄移電壓越大,如圖 2-7。這個現象是因為差動放 大器的扭轉率(Slew rate)限制,並且差動放大器並非線性及完美對稱,因 此正極差動輸入的扭轉率不同於負極,導致輸出電壓差。
圖 2-4 高頻信號對二極體的工作區的影響測試環境
圖 2-5 900MHz 高頻信號隨信號大小影響二極體偏壓曲線
圖 2-6 射頻信號對差動放大器的影響實驗
圖 2-7 電壓隨偶器輸出直流電壓隨射頻信號頻率而偏移
連接放大器和音源的輸入導線具有天線作用,很容易拾取發射機的 射頻訊號,因而使該射頻訊號成為放大器輸入訊號的一部份。因為900MHz 的射頻波長為30cm,因此一段7.5cm長的導線(理論上)將成為一個高效率的 四分之一波長天線(相對於900MHz)。3.5cm的四分之一波長天線也很容易拾 取到1.9GHz的GSM發射訊號。而PCB上的訊號導線長度一般非常接近這一頻 率範圍訊號的四分之一波長,因此音訊放大器很容易接收到高頻干擾訊號。
相同的,我們使用測試設備複製出此一現象,首先,我們先用獨立電 源供應類比測試板,以防止傳導干擾影響試驗結果,接下來將天線裝置於 類比電路板旁,我們可以輕易的得到如圖2-8從橋式負載音頻放大器輸出的 噪音訊號;附帶一提的是,在本研究中,如果量測到輸出的噪音信號峰對 峰值大於10mV,實際上就可以從音頻輸出設備聽到明顯的噪音。
圖 2-8 射頻訊號影響音頻放大器產生噪音訊號;上圖,噪音時域信號;下圖,比例 頻譜圖,主頻率大小為 1,其他頻率為主頻率比例大小。