Rumore termico nei PCBA ad alta frequenza

Grazie alla sua eccellente costante dielettrica, i PCBA ad alta frequenza sono spesso utilizzati in vari sistemi che richiedono una trasmissione del segnale precisa e ad alta velocità. Oltre alle comuni applicazioni per stazioni base 5G e PCB per mini droni, vengono utilizzati anche nelle linee ad alta frequenza. Questo articolo analizza le cause del rumore termico causato dai PCBA ad alta frequenza nei circuiti ad alta frequenza e fornisce soluzioni.

Definizione di rumore termico dei PCB

Se osservate attentamente le apparecchiature elettroniche che vi circondano, noterete un interessante fenomeno scientifico: sia che le utilizziate sia che non le utilizziate, potreste sentire un certo rumore. Questo rumore è chiamato rumore termico elettronico.

Il rumore termico elettronico è un concetto relativamente ampio, che comprende il rumore e l'interferenza. Di solito ci si riferisce a tutti i segnali indesiderati, ad eccezione della trasmissione del segnale, come rumore, cioè segnali indesiderati all'interno del sistema. Il rumore generato dal disturbo elettromagnetico sulla scheda di circuito è chiamato interferenza, cioè il segnale indesiderato all'esterno del sistema. La fonte del rumore termico del PCB è costituita dai componenti elettronici presenti sulla scheda, tra cui transistor, triodi, resistenze, circuiti integrati, ecc. In questo articolo, FS Technology analizza e spiega principalmente le cause del rumore termico all'interno del sistema.

La resistenza del PCBA ad alta frequenza causa rumore termico

La generazione di corrente è dovuta al movimento di elettroni liberi, quindi, secondo la maggior parte delle persone, la corrente non nasce dal nulla e richiede l'applicazione di una tensione su un resistore. Ciò significa anche che quando un resistore viene lasciato a riposo, se non gli viene applicata alcuna tensione, la corrente visualizzata dal multimetro sarà pari a 0.

FS Technology pone una domanda: Quando la resistenza è sospesa, il risultato della misurazione della corrente con un multimetro è 0. Il valore reale è 0?

La risposta è negativa. A causa dei limiti di precisione, i multimetri non possono misurare la resistenza in assenza di tensione. Quando utilizziamo un millivoltmetro più preciso per misurare la resistenza, scopriremo che il valore della tensione che la attraversa non è pari a 0, ma presenta variazioni irregolari nella linea dello 0.

Movimento di corrente del PCBA non alimentato

Questa variazione irregolare della tensione indica che all'interno del resistore sono presenti elettroni in movimento libero che si muovono in modo irregolare. Il movimento elettronico irregolare degli elettroni del circuito stampato è dovuto al fatto che la temperatura ambiente in questo momento non è pari a 0 gradi assoluti. Questo fenomeno di movimento irregolare viene chiamato "movimento termico". PCB ad alta frequenza.

In qualità di produttori professionali di PCBA, dal nostro punto di vista, la resistenza di un circuito ad alta frequenza in questo ambiente non è una semplice resistenza, ma una resistenza più una sorgente di segnale. Questa sorgente di segnale è quella che noi chiamiamo sorgente di rumore.

Caratteristiche del rumore termico dei PCB

L'entità del rumore dipende dalla temperatura

Vi capita di notare che il rumore dei vostri apparecchi elettronici varia a seconda della posizione geografica? Molte persone pensano che sia dovuto a un problema di segnale, e probabilmente è vero. Quando la nostra posizione geografica cambia, cambia anche la temperatura ambientale, che influisce sul movimento degli elettroni nei circuiti ad alta frequenza, e questo cambiamento è correlato positivamente con la variazione della temperatura, cioè più alta è la temperatura, maggiore è il rumore, motivo per cui si parla di rumore termico del resistore.

Il moto termico degli elettroni e il moto di deriva lineare sono indipendenti l'uno dall'altro

Innanzitutto, i prodotti elettronici che utilizziamo devono contenere circuiti. Questo è innegabile. In altre parole, tutti i componenti delle apparecchiature elettroniche richiedono l'applicazione di una tensione esterna per funzionare. Quando immettiamo una tensione costante nel dispositivo elettronico, oltre al movimento termico, gli elettroni del circuito stampato subiscono anche un movimento di deriva direzionale sotto l'azione del campo elettrico esterno, motivo per cui spesso si dice che viene generata la corrente. Ciò significa anche che la resistenza di un circuito ad alta frequenza funzionante contiene due correnti: una è la tensione applicata dal circuito esterno e l'altra sono gli elettroni in movimento libero dovuti al calore. Aumentando la tensione applicata, aumenta anche la quantità di corrente che attraversa la scheda.

FS Technology solleva la seconda domanda: È possibile ridurre il movimento termico degli elettroni nei dispositivi elettronici aumentando la quantità di corrente, riducendo così il rumore termico?

La risposta è ancora no, come dice il titolo, il moto termico degli elettroni nel PCB e il moto di deriva lineare sono indipendenti l'uno dall'altro, e il moto termico è legato solo alla temperatura.

Il rumore termico di una scheda di circuito è un processo casuale

Il moto termico è un moto irregolare, quindi non può essere calcolato con espressioni istantanee. Di solito, PCBA Le aziende utilizzano leggi statistiche per rappresentare il rumore dei PCB. Dopo i test, il rumore termico della resistenza ha una distribuzione normale ed è un processo gaussiano, quindi lo chiamiamo anche rumore gaussiano. Maggiore è la resistenza del circuito stampato, maggiore è il rumore.

Quando si valutano le prestazioni di rumore di un PCB ad alta frequenza, non si ha nulla a che fare con il PCB del circuito stesso, ma solo con la resistenza e la temperatura ambiente. Per risolvere il problema del rumore nei circuiti stampati ad alta frequenza, FS Technology raccomanda di ridurre l'uso di resistenze all'inizio della progettazione del circuito. Se non si possono usare, non servono. Quanto più piccoli sono, tanto più piccoli sono. Aggiungere resistenze equivale ad aggiungere una sorgente di rumore al PCBA ad alta frequenza. 

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