TW545097B - Method for eliminating noise interference and acoustic noise by printed circuit board ground plane layout - Google Patents

Description

545097 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本案係‘ 一種以印刷電路板接地面佈線（p C b g r 〇 u n d Plan Layout)消除雜訊干擾與異音之方法，尤指一種應用 於具多輸出之電源供應系統中，以印刷電路板接地面佈線 (PCB Ground Plan Layout)使該電源供應系統穩定，且能 消除雜訊干擾及異音之方法。 |先前技術 在科學技術 見，然而在這些 Circuit Board, 上的電子元件正 |但電路與電路間 的訊號’當訊號 |與系統間便會產 (unstable)或是 南穩定度的電子 不穩定、雜訊干 以目前市面 |供應系統通常具 |子遊戲機之搖桿 電壓要求。傳統 |作成獨立之電源 之趨勢，如果將 的日益進展之下，各種電子產品已隨意可 電子產品中，印刷電路板（Printe(i #PCB)則為電子產品之核心。印刷電路板 苇，作疋電子產品正常動作的主要因素， 系統與系統間通常會存在各種不同頻率 ，有不相同頻率時，電路與電路間、系統 ^互相干擾，造成電子產品不穩定 生異音（acoustic n〇ise)，對一些要求 遊戲產品而言，更是不允許有 擾，異音之情形產生。 ίίΐϋτ遊戲機（ps2)為例，其電源 或外接裝ίίΐ:;'轉換模組，以提供電 具多組輸出之電理器..等預定準位之 轉換槿相 /’、供應系統會將多組電源 而為了因應電子產品小型化 /'、乍成個別獨立之電源轉換模組則

I 545097 五、發明說明（2) 十分不划算，因此目前解決之方式為將個別獨立之電源轉 換模組做在一起。 將個別獨立之 手的問題，此問題 率時，這些電源将俠佚組/nr胃攸此互相干攮而造成不穩 定，而且一般印刷電路板中的接地面（Ground plane)是 刷雷路板上之久Φ击# 4么® 一 使用 件接 將藉 個問 步化 頻率 頻率 不同 多少 頻率 不會 各電 也因 們會 般解 話’ 有些 整片銅 地腳位 由完整 題，目 係指將 同步化 同步化 會干擾 電源轉 差，如 造成其 源轉換 此不會 聽到機 決異音 然而， 將會強 電源轉 箔將 相連 接地 前市 多組 有二 以後 到其 換模 此將 他電 模組 有異 台產 之方 如果 迫所 換模 M jtHj /7'j ^ ΨΨ 電源轉換模組做在一起又面臨到一個棘 题為：當各電源轉換模組具不同之操作頻 轉換模組將會彼此互相干擾而造成不穩 刷電路板中的接地面（Ground plane)是 印刷電路板上之各電源轉換模組之電子元 接’如此雜訊干擾（n〇ise inter;ference: 面之迴路（Loop)造成。因此，為了解決這 面上係以同步化之方式實施，而所謂之同 輸出之操作頻率一致。將多組輸出之 個優二苐一個優點為：將多組輪出之=二 就不會有不同，操作頻率，由於操J = 組，如將其操作頻率同 不會干f到其他電源轉換模組之輪7有 源轉換杈組不穩定。第二個 A .丄且 2之操作頻率已相同所以不會有ί率;於 曰（acoustic noise)之貝率差， 生”嗡嗡…”的叫聲就是這個道。通常我 式都是使用同步的方式 ，因此一 將各電源轉換模纟且之> f二 有的操作頻率遷就田ί作頻率採同步的 、、且並不需要跑到那麼 仕應用時 丨以巧的頻率，而且頻率

545097 五、發明說明（3) 越高，雜訊越大，所需要之電子元件成本也越高，因此將 操作頻率同步將使其應用失去彈性，且無形地造成成本上 之損失。 由上說明可知，在開發具多組輸出之電源供應系統 時，不管各電源轉換模組之操作頻率採同步或不同步都會 面臨到下列三個問題： 1 .如果多組輸出操作頻率不同的話，電源轉換模組將 會互相干擾而造成不穩定。 2. 如果多組輸出操作頻率非同步的話，將會因有頻率 差而產生異音。 3. 如果將多組輸出操作頻率採同步的話，將會強迫所 有電源轉換模組之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，如此勢必造成 成本上之損失。 因此，如何解決上述問題實為本案之主要研發方向。 發明内容 本案之主要目的為提供一種以印刷電路板接地面佈線 之樹幹（t r e e )分支技術以避免雜訊之迴路，進而消除雜訊 干擾與異音。 本案之另一目的為提供一種具多組輸出之電源供應系 統，其不需要將多組電源轉換模組之操作頻率同步化，便 可達到穩定系統、減少雜訊干擾與異音之效果。 本案之又一目的為提供一種以印刷電路板接地面佈線

545097 五、發明說明（4) 消除雜訊干擾與異音之方法，其係應用於且夕 源供應系統中，使其可依不同之需榦夕、·且輸出之電 之操作頻率，俾節省成本與提高效率: 電源轉換模組 為達上述目的，本案提供一種以印刷 2 (Py Ground Plan Layout)消除雜訊干===佈 法二，係應用於具多組輸出之電路系統中，該電‘ 路二弟二Ϊ源轉換模組、一第二電源轉換模組與一印刷: —第，也接聊群與-第二接以； ；；：？ =拔.U)將该第一電源轉換模組之該第—接地接 ίΐί:ί接至該印刷電路板接地面上之各自銲點，並ί 第二1連接至S亥印刷電路板接地面之一第—節點上，且哕 印以該第二接地接腳群之各接腳連接心 刷電2 Γ Ϊ 各自銲點，並將各銲點連接至該印 輿第接地面之一第二節點上；以及（b)將該第一節點 該印iI點共同連接至一共同節點，並連接該共同節點至 ^電路板接地面上之一共同接地端之銲點。 電源j Ϊ本案之構想，其中該電路系統係為具多組輸出之 、1、應糸統。 電源Ϊ據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 換模組為直流/直流轉換器（DC/DC c〇nverter)。 電源^ Ϊ本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 碌f換模組之操作頻率為同步或非同步。 艮據本案之構想，其中該電路系統之該第一電源轉換

545097 五、發明說明（5) 模組與該第二電源轉換模組係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。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 電源轉換模組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，俾以轉換電壓輸出。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 電源轉換模組分別具有複數個電子元件，以構成該切換開 關電路與該濾波電路。 根據本案之構想，其中該複數個電子元件包括電晶 體、電容與電感。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組之該複數 個電子元件具有該第一接地接腳群，而該第二電源轉換模 組之複數個電子元件具有該第二接地接腳群。 為達到上述目的，本案另提供一種具多組輸出之電源 供應系統，其包括：一印刷電路板，其係具有一接地面； 以及一第一電源轉換模組與一第二電源轉換模組，其分別 具有複數個電子元件，以將一輸入電壓分別轉換成一預定 電壓準位之第一與第二電壓輸出。 其中，該第一電源轉換模組之該複數個電子元件具有 一第一接地接腳群，而該第二電源轉換模組之複數個電子 元件具有一第二接地接腳群，該第一接地接腳群之各接腳 各自連接至該印刷電路板接地面上之各自銲點，各銲點並 連接至一第一節點，而該第二接地接腳群之各接腳各自連 接至該印刷電路板上之各自銲點，各銲點並連接一第二節

545097 五、發明說明（6) 點，該第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連 接至一共同接地端之銲點。 根據本案之構想，其中該印刷電路板為單層板或多層 板。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 電源轉換模組為直流/直流轉換器（DC/DC converter)。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 電源轉換模組之操作頻率為同步或非同步。 根據本案之構想，其中該第一電源轉換模組與該第二 電源轉換模組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，俾以轉換電壓輸出。 本案得由下列圖示與實施例說明，俾得一更清楚之瞭 解。 簡單圖示說明 第一圖：其係為應用本案印刷電路板接地面佈線技術 之具兩組不同操作頻率之電源轉換模組之電源供應系統之 電路方塊示意圖。 第二圖·.其係根據第一圖之電路顯示本案較佳實施例 之印刷電路板接地面佈線結構示意圖。 第三圖：其係為應用本案印刷電路板接地面佈線技術 之具多組不同操作頻率之電源轉換模組之電源供應系統之 電路方塊示意圖。 第四圖：其係根據第三圖之電路顯示本案另一較佳實

第12頁 545097 五、發明說明（7) 施例之印刷電路板接地面佈線結構示意圖。 圖示符號說明 1 :第一電源轉換模組 2 :第二電源轉換模組 1 1 :切換開關電路 2 1 :切換開關電路 1 2 :濾波電路 22 :濾波電路 實施方式 由於雜訊干擾（noise interference)必須藉由一完整 迴路（loop)才能造成影響，因此本案主要是藉由印刷電路 板接地面佈線之樹幹分支技術以避免雜訊之迴路，如此便 可解決雜訊干擾之問題，且藉由本案技術亦不需將各電源 轉換模組之操作頻率同步化，因此可依實際需要調整不同 電源轉換模組之操作頻率。 請參閱第一圖，其係為應用本案印刷電路板接地面佈 線技術之具兩組不同操作頻率之電源轉換模組之電源供應 系統之電路方塊示意圖。如第一圖所示，本案之具多組輸 出之電源供應系統主要包括有一第一電源轉換模組1與一 第二電源轉換模組2，其係分別將一輸入電壓轉換成預定 準位之第一電壓輸出VG與一第二電壓輸出VG2，其中該第一 電源轉換模組1與該第二電源轉換模組2分別具有一切換開 關電路1 1與2卜一濾波電路1 2與2 2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，以達到電壓轉換與輸 出特定準位電壓之目的。

第13頁 545097 五、發明說明（8) 請再參閱第一圖，當一輸入電壓^輸入該 統後，第一電源轉換模組丨與第二電源轉換模組2 ^ = 切換開關電路11與12及第一脈衝寬度調變器盥 度調變器之操作’以轉換電壓’然後再分別由其濟 ^ 12與22慮波，以產生兩組特定準位之輸出電壓 第一電源轉換模組1與第二電源轉換模組2之操作頻 步，亦可非同步。各組輸出則分別連接至受電裝置， 供各別所需之電源規格。 k 八於該ϊ Γ電源轉換模組1與該第二電源轉換模組2内則 为別具有複數個電子兀件例如電晶體（HQ广Lq r HQ與、 LQ2)、電容（Cinl、c0l、Ci’ cQ2)、電感（L，L ) 切換開關電路11、21與濾波電路12、22等。該第一 H 換模組1之複數個電子元件（Cini、LQi、 ^ ，腳群（⑴、G12、G13)，而該第二 弟接地 〇2Γ〇?3)〇((：1η2' LQ" 請蒼閱第二圖，其係根據第一圖之電路顯示太莹0杜 G13)先各自=f換杈組1之第一接地接腳群（GU、G12、 接至印刷雷ί f f印刷電路板上之銲·點，然後各銲點再連 接至印刷電路1—/ t 群（G21、G22、G23)亦先各自連 板接地面之當ΐ之干點，然後各銲點再連接至印刷電路 '^弟二郎點Ν2上。所有的分支，亦即連接至第一

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郎點N 1與連接至第二節野：μ 9夕八士 ：x： 即共同節點Nc，ί連mu共；連接到主幹，亦 分支型之印刷電路板接地面佈線H點’㈣成樹幹 象，ί Π ί t i接ί面依上述方式分割會產生-種現 疋要笔子兀件之接地接腳GH、G12、G13、 G2HD皆無法形成—迴路，因此所有的雜訊 ϊ:m: 斤以不管在哪裡產生-個雜訊，由 =走過的地方不能再走一次，因此無法再走回到同一點， =y雜訊便無法形成迴路，那就不會有雜訊干擾之問題產 ^外，第一脈衝寬度調變控制器與第二脈衝寬度調變 才工制為―之汛號接地腳位SGND1與SGND2亦可採同樣之分割方 ί 1如第ΑΛ 一圖與第二圖所示）亦或不採此分割方式進行°。 請餐閱第三圖與第四圖，其係分別顯示應用本案印刷電路 板接地面佈線技術之具Ν組不同操作頻率之電源轉換模组 之電源供應系統之電路方塊示意圖，與根據第三圖之電路 顯示本案較佳實施例之印刷電路板接地面佈線結構示咅 圖。如第三圖與第四圖所示，上述實施例雖以具兩組^出 ，電源供應系統說明本案以印刷電路板接地面佈線消除雜 °孔干擾與異音之技術’然本案並不限於具兩組輪出之^源 供應系統而已，對熟悉此技藝之人士而言，應用本案^ = 電路板接地面佈線技術之具Ν組輸出（例如3組，4、纟且/、等） 之電源供應系統在此皆可併入參考。另外，樹幹分支技術 亦不限於單層之印刷電路板上實施，其亦可於多層或雙面

545097 五、發明說明（ίο) 板上實施。而上述之電源轉換模組以直流/直流降壓轉換 器為較佳。 綜上所陳，本案係以印刷電路板接地面佈線之樹幹分 支技術消除電路系統之雜訊干擾與異音，並使具多組輸出 之電源供應系統更為穩定，尤其是應用於具多組直流/直 流轉換器之電源供應系統。因此，本案技術相較於習知技 術具有下述優點：由於習知技術係將各電源轉換模組之操 作頻率同步，使其無頻率差以解決雜訊干擾與異音之情 形，然此方式需遷就最高之操作頻率，因此對有些電源轉 換模組並不需要跑到那麼高的頻率，而且頻率越高，雜訊 越大，所使用之電子元件成本也越高，因此將多組輸出操 作頻率同步將使其應用失去彈性，且無形地造成成本上之 損失。然而本案採用印刷電路板接地面佈線之樹幹分支技 術以避免雜訊迴路，可有效消除雜訊干擾與異音之情形， 且可使具多組輸出之電路系統更為穩定，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。 本案得由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾， 然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

第16頁 545097 圖式簡單說明 第一圖.·其係為應用本案印刷電路板接地面佈線技術 之具兩組不同操作頻率之電源轉換模組之電源供應系統之 電路方塊示意圖。 第二圖：其係根據第一圖之電路顯示本案較佳實施例 之印刷電路板接地面佈線結構示意圖。 第三圖：其係為應用本案印刷電路板接地面佈線技術 之具多組不同操作頻率之電源轉換模組之電源供應系統之 電路方塊不意圖。 第四圖：其係根據第三圖之電路顯示本案另一較佳實 施例之印刷電路板接地面佈線結構示意圖。

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Claims (1)

1. 545097 六、申請專利範圍 _ 種X p刷電路板接地面佈線消降雜外不振#田 法，其係應用於具多组於+ J J f除雜5fl干擾與異音之方 有一第一電源轉換模組^ 一第二系統中，該電路系統具 別具有一第一接地接腳群與一第2 Μ = I ί轉換模組分 列步驟·· 一接地接腳群，其包括下 (a)將該第一電源轉換模組之嗲篦一垃砧扭 自日接：連接至該印刷電路板接地：接也接腳群之各 知點連接至該印刷電路板接地面之一第一 ^ ί，，並將各 ::源轉換模組之該第二接地接腳群之各接腳連接 電路板接地面之一第二節點上；以及 接至遠印刷 (b )將該第一節點與第二節點共同連接至一丘 々 點，並連接該共同節點至該印刷電路板接地 /、5即 接地端之銲點。 按也面上之一共同 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電路 為具多組輸出之電源供應系統。 /、、、、’、 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該一 換模組與該第二電源轉換模組為直流/直流轉換哭 converter)° v t/d L 4 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，直中兮一 ，模組與該第二電源轉換模組之操作頻率為同弟步-或電二轉 5.如申請專利範圍帛1項所述之方法，纟中該電路系統之

   第18頁 545097 六、申請專利範圍 該第一電源轉換模組與該第二電源轉換模組係分別將一輸 入電壓轉換成一第一電壓輸出與一第二電壓輸出。 6 .如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該第一電源轉 換模組與該第二電源轉換模組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，俾以轉換電壓輸 出。 厂如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一電源轉 換模組與該第二電源轉換模組分別具有複數個電子元件， 以構成該切換開關電路與該濾、波電路。 8 .如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該複數個電子 元件包括電晶體、電容與電感。 9 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該第一電源轉 換模組之該複數個電子元件具有該第一接地接腳群，而該 第二電源轉換模組之複數個電子元件具有該第二接地接腳 群。 1 0. —種具多組輸出之電源供應系統，其包括： 一印刷電路板，其係具有一接地面；以及 一第一電源轉換模組與一第二電源轉換模組，其分別 具有複數個電子元件，以將一輸入電壓分別轉換成一預定 電壓準位之第一與第二電壓輸出； 其中，該第一電源轉換模組之該複數個電子元件具有 一第一接地接腳群，而該第二電源轉換模組之複數個電子 元件具有一第二接地接腳群，該第一接地接腳群之各接腳 各自連接至該印刷電路板接地面上之各自銲點，各銲點並

   第19頁 545097 六、申請專利範圍 連接至一第一節點，而該第二接地接腳群之各接腳各自連 接至該印刷電路板上之各自銲點，各銲點並連接一第二節 點，該第一節點與第二節點共同連接至一共同節點，並連 接至一共同接地端之銲點。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項所述之具多組輸出之電源供應 系統，其中該印刷電路板為單層板或多層板。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述之具多組輸出之電源供應 系統，其中該第一電源轉換模組與該第二電源轉換模組為 直流/直流轉換器（D C / D C c ο n v e r t e r )。

   1 3 .如申請專利範圍第1 0項所述之具多組輸出之電源供應 系統，其中該第一電源轉換模組與該第二電源轉換模組之 操作頻率為同步或非同步。 1 4 ·如申請專利範圍第1 0項所述之具多組輸出之電源供應 系統，其中該第一電源轉換模組與該第二電源轉換模組分 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，俾以轉換電壓輸出。

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