Ruído Térmico em PCBA de Alta Frequência

Devido à sua excelente constante dieléctrica, os PCBAs de alta frequência são frequentemente utilizados em vários sistemas que requerem transmissão de sinal de alta velocidade e precisão. Para além da estação base comum de 5G e das aplicações PCB mini drone, é também utilizada em linhas de alta frequência. Este artigo analisa as causas do ruído térmico causado por PCBAs de alta frequência em circuitos de alta frequência e fornece soluções.

Definição de Ruído Térmico PCB

Se observar atentamente o equipamento electrónico à sua volta, notará um fenómeno científico interessante: quer o esteja a utilizar ou não, poderá ouvir algum ruído do mesmo. A este ruído chamamos ruído térmico electrónico.

O ruído térmico electrónico é um conceito relativamente amplo, que inclui ruído e interferência. Referimo-nos normalmente a todos os sinais indesejados, excepto para a transmissão de sinais como ruído, ou seja, sinais indesejados no interior do sistema. O ruído gerado pela perturbação electromagnética na placa de circuito chama-se interferência, ou seja, o sinal indesejado fora do sistema. A fonte de ruído térmico do PCB são os componentes electrónicos na placa de circuito, incluindo transístores, triódios, resistências, circuitos integrados, etc. Neste artigo, a Tecnologia FS analisa e explica principalmente as causas do ruído térmico no interior do sistema.

A resistência a PCBA de alta frequência causa ruído térmico

A geração de corrente é devida ao movimento de electrões livres, pelo que na maioria das pessoas, a corrente não surge do ar rarefeito e requer uma tensão a ser aplicada através de uma resistência. Isto também significa que quando uma resistência é deixada a flutuar se não lhe aplicarmos tensão, a corrente exibida pelo multímetro é 0.

A Tecnologia FS faz aqui uma pergunta: Quando a resistência é suspensa, o resultado da medição da corrente com um multímetro é 0. O valor real é 0?

A resposta é negativa. Devido a limitações de precisão, os multímetros não podem medir a resistência sem que seja aplicada qualquer tensão. Quando usamos um milivoltímetro mais preciso para medir a resistência, descobriremos que o valor da voltagem através dele não é 0, mas mostra alterações irregulares na linha 0.

Movimento actual de PCBA não alimentado

Esta alteração errática da voltagem indica que existem electrões em movimento livre no interior da resistência que se movem erraticamente. O movimento electrónico irregular dos electrões da placa de circuito é porque a temperatura ambiente neste momento não é igual a 0 graus absolutos. Chamamos a este fenómeno de movimento irregular o movimento térmico da PCB de alta frequência.

Como fabricante profissional de PCBA, do nosso ponto de vista, a resistência de um circuito de alta frequência neste ambiente não é apenas uma resistência, mas uma resistência mais uma fonte de sinal. Esta fonte de sinal é aquilo a que chamamos uma fonte de ruído.

Características do Ruído Térmico PCB

A magnitude do ruído é dependente da temperatura

Acha que o ruído da sua electrónica varia de acordo com a localização geográfica? Muitas pessoas pensam que é devido a um problema de sinal, e isso é provavelmente verdade. Quando a nossa localização geográfica muda, a temperatura ambiente também muda, o que afecta o movimento dos electrões em circuitos de alta frequência, e esta mudança está positivamente correlacionada com a mudança de temperatura, ou seja, quanto mais alta a temperatura, maior o ruído, razão pela qual chamamos a isto a razão do ruído térmico da resistência.

O movimento térmico electrónico e o movimento de deriva linear são independentes um do outro

Antes de mais, os produtos electrónicos que utilizamos devem conter circuitos. Isto é inegável. Por outras palavras, todos os componentes do equipamento electrónico requerem a aplicação de tensão externa para que funcionem. Quando introduzimos uma tensão constante no dispositivo electrónico, para além do movimento térmico, os electrões no PCB também sofrerão um movimento de deriva direccional sob a acção do campo eléctrico externo, razão pela qual dizemos frequentemente que a corrente é gerada. Isto significa também que a resistência de um circuito de alta frequência em funcionamento contém duas correntes, uma é a tensão aplicada pelo circuito externo, e a outra são os electrões em movimento livre devido ao calor. À medida que continuamos a aumentar a quantidade de tensão aplicada, a quantidade de corrente que flui através da placa também aumenta.

A Tecnologia FS levanta aqui a segunda questão: É possível reduzir o movimento térmico dos electrões em dispositivos electrónicos aumentando a quantidade de corrente, reduzindo assim o ruído térmico?

A resposta continua a ser não, como diz o título, o movimento térmico dos electrões no PCB e o movimento de deriva linear são independentes um do outro, e o movimento térmico está apenas relacionado com a temperatura.

O ruído térmico de uma placa de circuito é um processo aleatório

O movimento térmico é um movimento irregular, pelo que não pode ser calculado por expressões instantâneas. Normalmente, PCBA as empresas utilizam leis estatísticas para representar o ruído dos PCB. Após os testes, o ruído térmico de resistência tem uma distribuição normal e é um processo gaussiano, pelo que também lhe chamamos ruído gaussiano. Quanto maior for a resistência da placa de circuito, maior será o ruído.

Quando avaliamos o desempenho acústico de um PCB de alta frequência, este não tem nada a ver com o PCB do circuito em si, mas apenas com a resistência e temperatura ambiente. Para resolver o problema do ruído nos PCB de alta frequência, a FS Technology recomenda a redução do uso de resistências no início da concepção do circuito. Se não as puder usar, não precisa delas. Quanto mais pequenas puderem ser utilizadas, mais pequenas são. Adicionar resistências é equivalente a adicionar uma fonte de ruído ao PCBA de alta frequência. 

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