CN1259812C - 以印刷电路板接地布线消除噪声干扰与噪音的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种以印刷电路板接地布线消除噪声干扰与噪音的方法，应用于具有多组电路系统中，该电路系统具有第一电源转换模块、第二电源转换模块与印刷电路板，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有第一接地引脚群与第二接地引脚群，包括步骤：将第一电源转换模块的第一接地引脚群各个引脚连接至印刷电路板接地面上的各焊点，并将各焊点连接至印刷电路板接地面的第一节点上，第二电源转换模块的第二接地引脚群的各引脚连接至印刷电路板接地面上的各焊点，将各焊点连接至印刷电路板接地面的第二节点上；将第一节点与第二节点共同连接至一共同节点，连接共同节点至印刷电路板接地面上的共同接地端焊点。
Description
技术领域
本发明的涉及一种以印刷电路板接地布线(PCB Ground Plan Layout)消除噪声干扰与噪音的方法，特别涉及一种应用在具有多输出的电源系统中，用印刷电路板接地布线(PCB Ground Plan Layout)使该电源系统稳定，而且能消除噪声干扰及噪音的方法。
背景技术
科学技术日益发展，各种电子产品已随处可见，然而在这些电子产品中，印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)为电子产品的核心。印刷电路板上的电子组件的正常工作是电子产品正常工作的主要因素，但电路与电路间、系统与系统间通常会存在各种不同频率的信号，当信号间有不相同频率时，电路与电路间、系统与系统间便会产生互相干扰，造成电子产品不稳定(unstable)或是产生噪音(acoustic noise)，对一些要求高稳定度的电子产品或影音游戏产品来说，是不允许有不稳定、噪声干扰与噪音的情形产生。
以目前市面上常见之电子游戏机(PS2)为例，其电源供应系统通常具多组操作频率的电源转换模块，提供电子游戏机摇杆或外接装置的中央处理器..等预定准位的电压要求。传统具多组输出的电源供应系统会将多组电源做成独立的电源转换模块，然而为了因为应用电子产品小型化的趋势，如果将多组电源做成个别独立的电源转换模块则十分不划算，因此目前解决的方式为将个别独立的电源转换模块做在一起。
将个别独立的电源转换模块做在一起又面临到一个棘手的问题，此问题为：当各电源转换模块具有不同的操作频率时，这些电源转换模块将会彼此互相干扰而造成不稳定，而且一般印刷电路板中的接地面(Ground plane)是使用整片铜箔将印刷电路板上各电源转换模块的电子组件接地脚位相连接，这样噪声干扰(noise interference)将由完整接地面回路(Loop)形成。因此，为了解决这个问题，目前市面上是以同步化的方式实施，而所谓的同步化是指将多组输出的操作频率一致。将多组输出的操作频率同步化有二个优点：第一个优点为：将多组输出操作频率同步化以后就不会有不同的操作频率，由于操作频率不同会干扰到其它电源转换模块的输出运作，因此不管有多少电源转换模块，如将其操作频率同步化之后便不会有频率差，如此将不会干扰到其它电源转换模块的输出，而且不会造成其它电源转换模块不稳定。第二个优点为：由于各电源转换模块的操作频率相同所以不会有频率差，也因此不会有噪音(acoustic noise)现象产生。通常我们会听到机台产生“嗡嗡...”的叫声就是这个道理，因此一般解决噪音的方式都是使用同步的方式达成。
然而，如果将各电源转换模块操作频率采用同步的话，将会强迫所有的操作频率迁就最高的一个。在应用时有些电源转换模块并不需要跑到那么高的频率，而且频率越高，噪声越大，所需要的电子组件成本也越高，因此将操作频率同步将使其应用失去弹性，而且无形地造成成本上的损失。
由上说明可知，在开发具多组输出的电源供应系统时，不管各电源转换模块操作频率采用同步或不同步都会面临到下列三个问题：
1、如果多组输出操作频率不同的话，电源转换模块将会互相干扰而造成不稳定。
2、如果多组输出操作频率异步的话，将会因频率差而产生异音。
3、如果将多组输出操作频率采用同步的话，将会强迫所有电源转换模块的操作频率迁就最高的一个，如此不只在应用上没有弹性，而且频率越高成本越高，势必造成成本上的损失。
因此，如何解决上述问题为本发明的主要研发方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为提供一种以印刷电路板接地布线的树(tree)分支技术以避免噪声回路，进而消除噪声干扰与噪音。
本发明所要解决的另一技术问题为提供一种具多组输出的电源供应系统，其不需要将多组电源转换模块的操作频率同步化，便可达到稳定系统、减少噪声干扰与噪音的效果。
本发明还有一个要解决的技术问题为提供一种以印刷电路板接地布线消除噪声干扰与噪音的方法，其应用在具有多组输出的电源供应系统中，使其可根据不同的需要调整各电源转换模块的操作频率，可节省成本与提高效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种以印刷电路板接地布线(PCBGround plan Layout)消除噪声干扰与噪音的方法，其应用在具有多组输出的电路系统中，该电路系统具有一第一电源转换模块、一第二电源转换模块与一印刷电路板，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有多个电子组件，该第一电源转换模块的多个电子组件具有一第一接地引脚群，该第二电源转换模块的多个电子组件具有一第二接地引脚群，其包括下列步骤：(a)将第一电源转换模块的多个电子组件的第一接地引脚群的各个引脚连接至印刷电路板接地面上的各个焊点，并将各焊点连接至印刷电路板接地面的一第一节点上，且第二电源转换模块的多个电子组件的第二接地引脚群的各引脚连接至印刷电路板接地面上的各个焊点，并将各焊点连接至印刷电路板接地面的一第二节点上；以及(b)将第一节点与第二节点共同连接至一共同节点，并连接共同节点至印刷电路板接地面上的一共同接地端焊点。
根据本发明的构想，其中电路系统为具有多组输出的电源供应系统。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块为直流/直流转换器(DC/DC converter)。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块的操作频率为同步或异步。
根据本发明的构想，其中电路系统的第一电源转换模块与第二电源转换模块是分别将一输入电压转换成一第一电压输出与一第二电压输出。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有一切换开关电路、一滤波电路与一脉冲波宽调变控制器，用来转换电压输出。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有多个电子组件，构成切换开关电路与滤波电路。
根据本发明的构想，其中多个电子组件包括晶体管、电容与电感。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块的多个电子组件具有第一接地引脚群，而第二电源转换模块的多个电子组件具有第二接地引脚群。
为达到上述目的，本发明另提供一种具有多组输出的电源供应系统，其包括：一印刷电路板，其具有一接地面；以及一第一电源转换模块与一第二电源转换模块，其分别具有多个电子组件，以将一输入电压分别转换成一预定电压准位的第一与第二电压输出。
其中，第一电源转换模块的多个电子组件具有一第一接地引脚群，而第二电源转换模块的多个电子组件具有一第二接地引脚群，第一接地引脚群的各引脚各个连接至印刷电路板接地面上的各个焊点，各焊点并连接至一第一节点，而第二接地引脚群的各引脚各个连接至印刷电路板上的各个焊点，各焊点并连接一第二节点，第一节点与第二节点共同连接至一共同节点，并连接至一共同接地端的焊点。
根据本发明的构想，其中印刷电路板为单层板或多层板。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块为直流/直流转换器(DC/DC converter)。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块的操作频率为同步或异步。
根据本发明的构想，其中第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有一切换开关电路、一滤波电路与一脉冲波宽调变控制器，以转换电压输出。
为使本发明的功能、目的和特征有进一步的了解，配合附图详细说明如下：
附图说明
图1为应用本发明印刷电路板接地布线技术具有两组不同操作频率电源转换模块的电源供应系统的电路方块示意图。
图2为根据图1的电路显示本发明较佳实施例的印刷电路板接地布线结构示意图。
图3为应用本发明印刷电路板接地布线技术具有多组不同操作频率电源转换模块的电源供应系统的电路方块示意图。
图4为根据图3电路显示本发明另一较佳实施例的印刷电路板接地布线结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1--第一电源转换模块，2--第二电源转换模块，11--切换开关电路，21--切换开关电路，12--滤波电路，22--滤波电路。
具体实施方式
由于噪声干扰(noise interference)必须由一完整回路(loop)才能造成影响，因此本发明主要是由印刷电路板接地布线的树分支技术以避免噪声回路，如此可解决噪声干扰的问题，而且由本发明技术也不需将各电源转换模块的操作频率同步化，因此可根据实际需要调整不同电源转换模块的操作频率。
图1为应用本案印刷电路板接地布线技术具有两组不同操作频率的电源转换模块的电源供应系统的电路方块示意图。如图1所示，本发明具有多组输出电源供应系统主要包括有一第一电源转换模块1与一第二电源转换模块2，其分别将一输入电压转换成预定准位的第一电压输出V01与一第二电压输出V02，其中第一电源转换模块1与第二电源转换模块2分别具有一切换开关电路11与21、一滤波电路12与22以及一第一脉冲宽度调变控制器与一第二脉冲宽度调变器，达到电压转换与输出特定凖位电压目的。
请再参阅图1，当一输入电压Vin输入该电源供应系统后，第一电源转换模块1与第二电源转换模块2可分别由切换开关电路11与12及第一脉冲宽度调变器与第二脉冲宽度调变器的操作，以转换电压，然后再分别由其滤波电路12与22滤波，以产生两组特定凖位的输出电压Vo1与Vo2。而第一电源转换模块1与第二电源转换模块2的操作频率可同步，也可异步。各组输出则分别连接至受电装置，提供各别所需的电源规格。
在第一电源转换模块1与第二电源转换模块2内则分别具有多个电子组件例如晶体管(HQ1、LQi、HQ2与LQ2)、电容(Cin1、Co1、Gin2与C02)、电感(L01与L02)、以构成切换开关电路11、21与滤波电路12、22等。该第一电源转换模块1的多个电子组件(Cin1、LQ1、Co1)具有一第一接地引脚群(G11、G12、G13)，而第二电源转换模块的多个电子组件(Cin2、LQ2、Co2)具有一第二接地引脚群(G21、G22、G23)。
图2为根据图1的电路显示本发明较佳实施例的印刷电路板接地布线结构示意图。如图2所示，第一电源转换模块1的第一接地引脚群(G11、G12、G13)先各自连接至印刷电路板上的焊点，然后各焊点再连接至印刷电路板接地的一第一节点N1上，而第二电源转换模块2内的第二接地引脚群(G21、G22、G23)也先各自连接至印刷电路板上的焊点，然后各焊点再连接至印刷电路板接地面的第二节点N2上。所有的分支，即连接至第一节点N1与连接至第二节点N2之分支再共同连接到主干，即共同节点NC，再连接至共同接地端的焊点，形成树分支型的印刷电路板接地布线。
将印刷电路板的接地面根据上述方式分割会产生一种现象，那就是主要电子组件的接地引脚G11、G12、G13、G21、G22、G23及GND都无法形成一回路，因此所有的噪声将无法形成一个回路，所以不管在哪里产生一个噪声，由于走过的地方不能再走一次，因此无法再走回到同一点，所以噪声便无法形成回路，那就不会有噪声干扰的问题产生。
另外，第一脉冲宽度调变控制器与第二脉冲宽度调变控制器的信号接地脚位SGND1与SGND2也可采同样的分割方式(如图1与图2所示)或不采此分割方式进行。
图3与图4是分别显示应用本发明印刷电路板接地布线技术具有N组不同操作频率的电源转换模块的电源供应系统电路方块示意图，与根据图3的电路显示本发明较佳实施例的印刷电路板接地布线结构示意图。如图3与图4所示，上述实施例虽以具有两组输出的电源供应系统说明本发明以印刷电路板接地布线(PCB Layout)消除噪声干扰与噪音的技术，然而本发明并不限于具两组输出的电源供应系统，对熟悉此技艺的人士而言，应用本案印刷电路板接地布线技术的具N组输出(例如3组，4组..等)的电源供应系统在此都可并入参考。另外，树分支技术也不限于单层印刷电路板上实施，其也可在多层或双面板上实施。而上述的电源转换模块以直流/直流降压转换器为较佳。
综上所述，本发明是以印刷电路板接地布线(PCB Layout)的树分支技术消除电路系统的噪声干扰与噪音，并使具有多组输出的电源供应系统更为稳定，尤其是应用在具有多组直流/直流转换器的电源供应系统。因此，本案技术与一般公知技术具有下述优点：由于公知技术是将各电源转换模块的操作频率同步，使其无频率差以解决噪声干扰与噪音的情形，然而此方式需迁就最高的操作频率，因此对有些电源转换模块并不需要跑到那么高的频率，而且频率越高，噪声越大，所使用的电子组件成本也越高，因此将多组输出操作频率同步将使其应用失去弹性，而且无形地造成成本上的损失。然而本案采用印刷电路板接地布线的树分支技术以避免噪声回路，可有效消除噪声干扰与噪音的情形，而且可使具有多组输出的电路系统更为稳定，而且由于不需要将多组输出操作频率同步化，因此应用上更为弹性，可以降低许多成本。
虽然本发明的实施例公开如上所述，然其并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作进一步的更动与润饰，因此本发明所要保护的权利范围应以权利要求书所要求保护的范围为准。
Claims (9)
1.一种以印刷电路板接地布线消除噪声干扰与噪音的方法，其应用在具有多组输出的电路系统中，该电路系统具有一第一电源转换模块、一第二电源转换模块与一印刷电路板，其中该第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有多个电子组件，该第一电源转换模块的多个电子组件具有一第一接地引脚群，该第二电源转换模块的多个电子组件具有一第二接地引脚群，其包括下列步骤：
(a)将第一电源转换模块的多个电子组件的第一接地引脚群各自引脚连接至印刷电路板接地面上的各自焊点，并将各焊点连接至该印刷电路板接地面的一第一节点上，而且第二电源转换模块的多个电子组件的第二接地引脚群的各引脚连接至印刷电路板接地面上的各自焊点，并将各焊点连接至该印刷电路板接地面的一第二节点上；以及
(b)将该第一节点与第二节点共同连接至一共同节点，并连接该共同节点至印刷电路板接地面上的一共同接地端的焊点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该电路系统是具有多组输出的电源供应系统。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于该第一电源转换模块与第二电源转换模块为直流/直流转换器，而且其中该第一电源转换模块与第二电源转换模块的操作频率为同步或异步。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该电路系统的第一电源转换模块与第二电源转换模块是分别将一输入电压转换成一第一电压输出与一第二电压输出。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有一切换开关电路、一滤波电路与一脉冲波宽调变控制器，用以转换电压输出。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于该第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有多个电子组件，用以构成切换开关电路与滤波电路，而且多个电子组件包括晶体管、电容与电感。
7.一种具有多组输出的电源供应系统，其包括：
一印刷电路板，其具有一接地面；以及
一第一电源转换模块与一第二电源转换模块，其分别具有多个电子组件，以将一输入电压分别转换成一预定电压准位的第一与第二电压输出；
其中，该第一电源转换模块的多个电子组件具有一第一接地引脚群，而该第二电源转换模块的多个电子组件具有一第二接地引脚群，该第一接地引脚群的各引脚各自连接至该印刷电路板接地面上的各自焊点，各焊点并连接至一第一节点，而第二接地引脚群的各引脚各自连接至该印刷电路板上的各自焊点，各焊点并连接一第二节点，该第一节点与第二节点共同连接至一共同节点，并连接至一共同接地端的焊点。
8.如权利要求7所述的具有多组输出的电源供应系统，其特征在于该印刷电路板为单层板或多层板，且其中该第一电源转换模块与第二电源转换模块为直流/直流转换器，而且该第一电源转换模块与第二电源转换模块的操作频率为同步或异步。
9.如权利要求7所述的具有多组输出的电源供应系统，其特征在于该第一电源转换模块与第二电源转换模块分别具有一切换开关电路、一滤波电路与一脉冲波宽调变控制器，用以转换电压输出。
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