以印刷電路板接地布線消除噪聲幹擾與噪音的方法
2023-07-25 06:38:46 4
專利名稱：以印刷電路板接地布線消除噪聲幹擾與噪音的方法
技術領域：
本發明的涉及一種以印刷電路板接地布線(PCB Ground Plan Layout)消除噪聲幹擾與噪音的方法，特別涉及一種應用在具有多輸出的電源系統中，用印刷電路板接地布線(PCB Ground Plan Layout)使該電源系統穩定，而且能消除噪聲幹擾及噪音的方法。
以目前市面上常見之電子遊戲機(PS2)為例，其電源供應系統通常具多組操作頻率的電源轉換模塊，提供電子遊戲機搖杆或外接裝置的中央處理器..等預定準位的電壓要求。傳統具多組輸出的電源供應系統會將多組電源做成獨立的電源轉換模塊，然而為了因為應用電子產品小型化的趨勢，如果將多組電源做成個別獨立的電源轉換模塊則十分不划算，因此目前解決的方式為將個別獨立的電源轉換模塊做在一起。
將個別獨立的電源轉換模塊做在一起又面臨到一個棘手的問題，此問題為當各電源轉換模塊具有不同的操作頻率時，這些電源轉換模塊將會彼此互相干擾而造成不穩定，而且一般印刷電路板中的接地面(Ground plane)是使用整片銅箔將印刷電路板上各電源轉換模塊的電子組件接地腳位相連接，這樣噪聲幹擾(noise interference)將由完整接地面迴路(Loop)形成。因此，為了解決這個問題，目前市面上是以同步化的方式實施，而所謂的同步化是指將多組輸出的操作頻率一致。將多組輸出的操作頻率同步化有二個優點第一個優點為將多組輸出操作頻率同步化以後就不會有不同的操作頻率，由於操作頻率不同會干擾到其它電源轉換模塊的輸出運作，因此不管有多少電源轉換模塊，如將其操作頻率同步化之後便不會有頻率差，如此將不會干擾到其它電源轉換模塊的輸出，而且不會造成其它電源轉換模塊不穩定。第二個優點為由於各電源轉換模塊的操作頻率相同所以不會有頻率差，也因此不會有噪音(acoustic noise)現象產生。通常我們會聽到機臺產生「嗡嗡...」的叫聲就是這個道理，因此一般解決噪音的方式都是使用同步的方式達成。
然而，如果將各電源轉換模塊操作頻率採用同步的話，將會強迫所有的操作頻率遷就最高的一個。在應用時有些電源轉換模塊並不需要跑到那麼高的頻率，而且頻率越高，噪聲越大，所需要的電子組件成本也越高，因此將操作頻率同步將使其應用失去彈性，而且無形地造成成本上的損失。
由上說明可知，在開發具多組輸出的電源供應系統時，不管各電源轉換模塊操作頻率採用同步或不同步都會面臨到下列三個問題1、如果多組輸出操作頻率不同的話，電源轉換模塊將會互相干擾而造成不穩定。
2、如果多組輸出操作頻率異步的話，將會因頻率差而產生異音。
3、如果將多組輸出操作頻率採用同步的話，將會強迫所有電源轉換模塊的操作頻率遷就最高的一個，如此不只在應用上沒有彈性，而且頻率越高成本越高，勢必造成成本上的損失。
因此，如何解決上述問題為本發明的主要研發方向。
本發明所要解決的另一技術問題為提供一種具多組輸出的電源供應系統，其不需要將多組電源轉換模塊的操作頻率同步化，便可達到穩定系統、減少噪聲幹擾與噪音的效果。
本發明還有一個要解決的技術問題為提供一種以印刷電路板接地布線消除噪聲幹擾與噪音的方法，其應用在具有多組輸出的電源供應系統中，使其可根據不同的需要調整各電源轉換模塊的操作頻率，可節省成本與提高效率。
為實現上述目的，本發明提供了一種以印刷電路板接地布線(PCBGround Plan Layout)消除噪聲幹擾與噪音的方法，其應用在具有多組輸出的電路系統中，該電路系統具有一第一電源轉換模塊、一第二電源轉換模塊與一印刷電路板，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一第一接地引腳群與一第二接地引腳群，其包括下列步驟(a)將第一電源轉換模塊第一接地引腳群的各個引腳連接至印刷電路板接地面上的各個焊點，並將各焊點連接至印刷電路板接地面的一第一節點上，且第二電源轉換模塊第二接地引腳群的各引腳連接至印刷電路板接地面上的各個焊點，並將各焊點連接至印刷電路板接地面的一第二節點上；以及(b)將第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連接共同節點至印刷電路板接地面上的一共同接地端焊點。
根據本發明的構想，其中電路系統為具有多組輸出的電源供應系統。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊為直流/直流轉換器(DC/DC converter)。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊的操作頻率為同步或異步。
根據本發明的構想，其中電路系統的第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊是分別將一輸入電壓轉換成一第一電壓輸出與一第二電壓輸出。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一切換開關電路、一濾波電路與一脈衝波寬調變控制器，用來轉換電壓輸出。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有多個電子組件，構成切換開關電路與濾波電路。
根據本發明的構想，其中多個電子組件包括電晶體、電容與電感。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊的多個電子組件具有第一接地引腳群，而第二電源轉換模塊的多個電子組件具有第二接地引腳群。
為達到上述目的，本發明另提供一種具有多組輸出的電源供應系統，其包括一印刷電路板，其具有一接地面；以及一第一電源轉換模塊與一第二電源轉換模塊，其分別具有多個電子組件，以將一輸入電壓分別轉換成一預定電壓準位的第一與第二電壓輸出。
其中，第一電源轉換模塊的多個電子組件具有一第一接地引腳群，而第二電源轉換模塊的多個電子組件具有一第二接地引腳群，第一接地引腳群的各引腳各個連接至印刷電路板接地面上的各個焊點，各焊點並連接至一第一節點，而第二接地引腳群的各引腳各個連接至印刷電路板上的各個焊點，各焊點並連接一第二節點，第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連接至一共同接地端的焊點。
根據本發明的構想，其中印刷電路板為單層板或多層板。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊為直流/直流轉換器(DC/DC converter)。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊的操作頻率為同步或異步。
根據本發明的構想，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一切換開關電路、一濾波電路與一脈衝波寬調變控制器，以轉換電壓輸出。
為使本發明的功能、目的和特徵有進一步的了解，配合附圖詳細說明如下
圖2為根據
圖1的電路顯示本發明較佳實施例的印刷電路板接地布線結構示意圖。
圖3為應用本發明印刷電路板接地布線技術具有多組不同操作頻率電源轉換模塊的電源供應系統的電路方塊示意圖。
圖4為根據圖3電路顯示本發明另一較佳實施例的印刷電路板接地布線結構示意圖。
其中，附圖標記說明如下1--第一電源轉換模塊，2--第二電源轉換模塊，11--切換開關電路，21--切換開關電路，12--濾波電路，22--濾波電路。
圖1為應用本案印刷電路板接地布線技術具有兩組不同操作頻率的電源轉換模塊的電源供應系統的電路方塊示意圖。如圖1所示，本發明具有多組輸出電源供應系統主要包括有一第一電源轉換模塊1與一第二電源轉換模塊2，其分別將一輸入電壓轉換成預定準位的第一電壓輸出V01與一第二電壓輸出V02，其中第一電源轉換模塊1與第二電源轉換模塊2分別具有一切換開關電路11與21、一濾波電路12與22以及一第一脈衝寬度調變控制器與一第二脈衝寬度調變器，達到電壓轉換與輸出特定凖位電壓目的。
請再參閱圖1，當一輸入電壓Vin輸入該電源供應系統後，第一電源轉換模塊1與第二電源轉換模塊2可分別由切換開關電路11與12及第一脈衝寬度調變器與第二脈衝寬度調變器的操作，以轉換電壓，然後再分別由其濾波電路12與22濾波，以產生兩組特定凖位的輸出電壓Vo1與Vo2。而第一電源轉換模塊1與第二電源轉換模塊2的操作頻率可同步，也可異步。各組輸出則分別連接至受電裝置，提供各別所需的電源規格。
在第一電源轉換模塊1與第二電源轉換模塊2內則分別具有多個電子組件例如電晶體(HQ1、LQ1、HQ2與LQ2)、電容(Cin1、Co1、Cin2與C02)、電感(L01與L02)、以構成切換開關電路11、21與濾波電路12、22等。該第一電源轉換模塊1的多個電子組件(Cin1、LQ1、Co1)具有一第一接地引腳群(G11、G12、G13)，而第二電源轉換模塊的多個電子組件(Cin2、LQ2、Co2)具有一第二接地引腳群(G21、G22、G23)。
圖2為根據圖1的電路顯示本發明較佳實施例的印刷電路板接地布線結構示意圖。如圖2所示，第一電源轉換模塊1的第一接地引腳群(G11、G12、G13)先各自連接至印刷電路板上的焊點，然後各焊點再連接至印刷電路板接地的一第一節點N1上，而第二電源轉換模塊2內的第二接地引腳群(G21、G22、G23)也先各自連接至印刷電路板上的焊點，然後各焊點再連接至印刷電路板接地面的第二節點N2上。所有的分支，即連接至第一節點N1與連接至第二節點N2之分支再共同連接到主幹，即共同節點Nc，再連接至共同接地端的焊點，形成樹分支型的印刷電路板接地布線。
將印刷電路板的接地面根據上述方式分割會產生一種現象，那就是主要電子組件的接地引腳G11、G12、G13、G21、G22、G23及GND都無法形成一迴路，因此所有的噪聲將無法形成一個迴路，所以不管在哪裡產生一個噪聲，由於走過的地方不能再走一次，因此無法再走回到同一點，所以噪聲便無法形成迴路，那就不會有噪聲幹擾的問題產生。
另外，第一脈衝寬度調變控制器與第二脈衝寬度調變控制器的信號接地腳位SGND1與SGND2也可採同樣的分割方式(如圖1與圖2所示)或不採此分割方式進行。
圖3與圖4是分別顯示應用本發明印刷電路板接地布線技術具有N組不同操作頻率的電源轉換模塊的電源供應系統電路方塊示意圖，與根據圖3的電路顯示本發明較佳實施例的印刷電路板接地布線結構示意圖。如圖3與圖4所示，上述實施例雖以具有兩組輸出的電源供應系統說明本發明以印刷電路板接地布線(PCB Layout)消除噪聲幹擾與噪音的技術，然而本發明並不限於具兩組輸出的電源供應系統，對熟悉此技藝的人士而言，應用本案印刷電路板接地布線技術的具N組輸出(例如3組，4組..等)的電源供應系統在此都可併入參考。另外，樹分支技術也不限於單層印刷電路板上實施，其也可在多層或雙面板上實施。而上述的電源轉換模塊以直流/直流降壓轉換器為較佳。
綜上所述，本發明是以印刷電路板接地布線(PCB Layout)的樹分支技術消除電路系統的噪聲幹擾與噪音，並使具有多組輸出的電源供應系統更為穩定，尤其是應用在具有多組直流/直流轉換器的電源供應系統。因此，本案技術與一般公知技術具有下述優點由於公知技術是將各電源轉換模塊的操作頻率同步，使其無頻率差以解決噪聲幹擾與噪音的情形，然而此方式需遷就最高的操作頻率，因此對有些電源轉換模塊並不需要跑到那麼高的頻率，而且頻率越高，噪聲越大，所使用的電子組件成本也越高，因此將多組輸出操作頻率同步將使其應用失去彈性，而且無形地造成成本上的損失。然而本案採用印刷電路板接地布線的樹分支技術以避免噪聲迴路，可有效消除噪聲幹擾與噪音的情形，而且可使具有多組輸出的電路系統更為穩定，而且由於不需要將多組輸出操作頻率同步化，因此應用上更為彈性，可以降低許多成本。
雖然本發明的實施例公開如上所述，然其並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作進一步的更動與潤飾，因此本發明所要保護的權利範圍應以權利要求書所要求保護的範圍為準。
權利要求
1.一種以印刷電路板接地布線(PCB Layout)消除噪聲幹擾與噪音的方法，其應用在具有多組輸出的電路系統中，該電路系統具有一第一電源轉換模塊、一第二電源轉換模塊與一印刷電路板，其中該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一第一接地引腳群與一第二接地引腳群，其包括下列步驟(a)將第一電源轉換模塊的第一接地引腳群各自引腳連接至印刷電路板接地面上的各自焊點，並將各焊點連接至該印刷電路板接地面的一第一節點上，而且第二電源轉換模塊的第二接地引腳群的各引腳連接至印刷電路板接地面上的各自焊點，並將各焊點連接至該印刷電路板接地面的一第二節點上；以及(b)將該第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連接該共同節點至印刷電路板接地面上的一共同接地端的焊點。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於該電路系統是具有多組輸出的電源供應系統。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊為直流/直流轉換器(DC/DC converter)，而且其中該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊的操作頻率為同步或異步。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於該電路系統的第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊是分別將一輸入電壓轉換成一第一電壓輸出與一第二電壓輸出。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一切換開關電路、一濾波電路與一脈衝波寬調變控制器，用以轉換電壓輸出。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有多個電子組件，用以構成切換開關電路與濾波電路，而且多個電子組件包括電晶體、電容與電感。
7.如權利要求6所述方法，其特徵在於該第一電源轉換模塊的多個電子組件具有第一接地引腳群，而第二電源轉換模塊的多個電子組件具有第二接地引腳群。
8.一種具有多組輸出的電源供應系統，其包括一印刷電路板，其具有一接地面；以及一第一電源轉換模塊與一第二電源轉換模塊，其分別具有多個電子組件，以將一輸入電壓分別轉換成一預定電壓準位的第一與第二電壓輸出；其中，該第一電源轉換模塊的多個電子組件具有一第一接地引腳群，而該第二電源轉換模塊的多個電子組件具有一第二接地引腳群，該第一接地引腳群的各引腳各自連接至該印刷電路板接地面上的各自焊點，各焊點並連接至一第一節點，而第二接地引腳群的各引腳各自連接至該印刷電路板上的各自焊點，各焊點並連接一第二節點，該第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連接至一共同接地端的焊點。
9.如權利要求8項所述具有多組輸出的電源供應系統，其特徵在於該印刷電路板為單層板或多層板，且其中該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊為直流/直流轉換器(DC/DC converter)，而且該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊的操作頻率為同步或異步。
10.如權利要求8項所述具有多組輸出的電源供應系統，其特徵在於該第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有一切換開關電路、一濾波電路與一脈衝波寬調變控制器，用以轉換電壓輸出。
全文摘要
一種以印刷電路板接地布線消除噪聲幹擾與噪音的方法，應用於具有多組電路系統中，該電路系統具有第一電源轉換模塊、第二電源轉換模塊與印刷電路板，其中第一電源轉換模塊與第二電源轉換模塊分別具有第一接地引腳群與第二接地引腳群，包括步驟將第一電源轉換模塊的第一接地引腳群各個引腳連接至印刷電路板接地面上的各焊點，並將各焊點連接至印刷電路板接地面的第一節點上，第二電源轉換模塊的第二接地引腳群的各引腳連接至印刷電路板接地面上的各焊點，將各焊點連接至印刷電路板接地面的第二節點上；將第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，連接共同節點至印刷電路板接地面上的共同接地端焊點。
文檔編號G12B17/00GK1424869SQ0215781
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月19日 優先權日2002年12月19日
發明者歐陽志宏, 賴慧娟, 林金成 申請人:臺達電子工業股份有限公司