一、电源噪声概述

在电子电路中，电源噪声是一个常见且棘手的问题。它是指电源中出现的干扰信号，这些干扰信号可能会影响电子设备的正常工作，导致性能下降、数据错误甚至设备损坏。捷配PCB在生产过程中，也需要关注电源噪声问题，以确保生产出的电路板具有良好的电磁兼容性。了解电源噪声的分类以及掌握有效的抑制方法，对于电子工程师来说至关重要。

二、电源噪声的分类

（一）低频噪声

低频噪声通常指频率在1kHz以下的噪声。这类噪声主要来源于电源的纹波、工频干扰等。

• 纹波：纹波是由于电源的整流、滤波等环节不完善，导致输出电压中存在周期性的波动。例如，在线性电源中，整流二极管的导通和截止会使输出电压出现一定的波动；在开关电源中，开关管的导通和截止也会引入纹波。纹波的大小通常用峰 - 峰值（Vpp）来表示。
• 工频干扰：工频干扰是指由于电网中的交流电（通常为50Hz或60Hz）耦合到电源中而产生的噪声。这种干扰可能会通过电源线传导到电子设备中，影响设备的正常工作。例如，在一些对电源质量要求较高的音频设备中，工频干扰可能会导致音频信号中出现嗡嗡声。

（二）高频噪声

高频噪声是指频率在1kHz以上的噪声。它主要来源于开关电源的开关动作、数字电路的快速切换等。

• 开关噪声：开关电源中的开关管在高速导通和截止过程中，会产生高频的电磁干扰。这种干扰会通过电源线、地线等途径传播到其他电路中，影响设备的性能。例如，在电脑主板的电源电路中，开关管的快速开关动作可能会产生高频噪声，干扰CPU和其他芯片的正常工作。
• 数字电路噪声：数字电路中的信号通常是高速变化的，这种快速切换会产生高频的电磁辐射和传导干扰。例如，在微处理器、存储器等数字芯片工作时，会产生大量的高频噪声，这些噪声如果不加以抑制，可能会影响其他电路的正常工作。

（三）共模噪声和差模噪声

• 共模噪声：共模噪声是指在电源的两根输出线（如正极和负极）上同时出现的、相对于地的干扰信号。这种噪声通常是由于电源与大地之间的电容耦合、电磁感应等原因引起的。共模噪声会对设备的接地系统产生影响，可能导致设备外壳带电、电磁兼容性超标等问题。
• 差模噪声：差模噪声是指在电源的两根输出线之间出现的干扰信号。这种噪声主要是由于电源内部的非线性元件、开关动作等原因产生的。差模噪声会直接影响电源的输出电压质量，导致设备的工作不稳定。

三、电源噪声的抑制方法

（一）针对低频噪声的抑制方法

1. 滤波电容的使用

在电源的输出端并联滤波电容是抑制低频纹波的有效方法。滤波电容可以储存和释放电荷，平滑电源输出的电压波形。对于纹波的抑制，通常选择大容量的电解电容和小容量的陶瓷电容相结合的方式。大容量电解电容可以滤除低频纹波，而小容量陶瓷电容则可以滤除高频纹波。例如，在一个开关电源的输出端，并联一个1000μF的电解电容和一个0.1μF的陶瓷电容，可以有效地降低输出电压的纹波。

2. 电源变压器的设计与优化

对于线性电源，电源变压器的设计和优化对抑制工频干扰至关重要。可以通过增加变压器的绕组层数、采用屏蔽层等方式来减少工频干扰的耦合。此外，合理选择变压器的铁芯材料和绕制工艺，也可以降低变压器自身的噪声。

（二）针对高频噪声的抑制方法

1. 屏蔽技术

屏蔽技术是抑制高频噪声的有效手段之一。可以使用金属屏蔽罩将电源电路或电子设备中的敏感电路屏蔽起来，防止高频噪声的干扰。屏蔽罩应良好接地，以确保屏蔽效果。例如，在电脑主机的电源模块中，通常会使用金属外壳进行屏蔽，减少高频噪声对外界的辐射和对内部电路的干扰。

2. 滤波器的应用

在电源电路中添加滤波器可以有效地抑制高频噪声。常见的滤波器有LC滤波器、RC滤波器等。LC滤波器由电感和电容组成，可以对特定频率的高频噪声进行滤除。例如，在开关电源的输出端添加一个LC滤波器，可以降低开关噪声对负载的影响。RC滤波器则由电阻和电容组成，适用于对低频和高频噪声都有一定的抑制需求的情况。

3. 合理布局与布线

合理的电路布局和布线可以减少高频噪声的传播。在PCB设计中，应将电源电路和信号电路分开布局，避免它们之间的相互干扰。同时，电源线和地线的布线应尽量短而粗，以减少线路阻抗，降低高频噪声的耦合。例如，在设计开关电源的PCB时，应将开关管、电感等高频元件靠近放置，减少引线电感，同时将电源线和地线采用多层板中的独立层进行布线，提高抗干扰能力。

（三）针对共模噪声和差模噪声的抑制方法

1. 共模扼流圈

共模扼流圈是一种专门用于抑制共模噪声的电感元件。它由两个绕在同一个磁芯上的线圈组成，这两个线圈的匝数相同、绕向相反。当共模电流通过共模扼流圈时，由于两个线圈的磁通相互叠加，会产生较大的电感，从而阻碍共模电流的通过；而差模电流通过时，两个线圈的磁通相互抵消，电感较小，对差模电流的影响较小。因此，共模扼流圈可以有效地抑制共模噪声，而对差模信号的影响较小。

2. 差模滤波电容

差模滤波电容可以滤除差模噪声。通常在电源的两根输出线之间并联差模滤波电容，以降低差模噪声的幅值。在选择差模滤波电容时，需要考虑其耐压值和容量。一般来说，耐压值应高于电源的输出电压，容量应根据实际需求进行选择。

3. 接地设计

良好的接地设计对于抑制共模噪声和差模噪声都非常重要。接地可以分为单点接地和多点接地两种方式。在低频电路中，通常采用单点接地方式，即将所有电路的地线连接到一个公共的接地点，以避免地线环路引起的干扰。在高频电路中，由于地线的电感效应，通常采用多点接地方式，即将各个电路的地线就近接地，以减少地线阻抗。此外，还可以通过接地平面、接地过孔等方式来优化接地设计，提高接地效果。