一、弁言
在当今的便携式,移动和物联网设备上找到多个板载DC-DC转换芯片是相称普遍的。
如果设备利用无线,GPS或蜂窝技能,则来自这些转换芯片的EMI(常日利用1到3 MHz之间的开关频率)常日会滋扰无线模块的吸收器性能。
二、方法
本文先容了减少这些DC-DC转换芯片辐射的方法。
1、利用低EMI转换芯片。
利用低EMI转换芯片,例如Analog Devices / Linear Technologies(AD)开拓的静音开关,可用于放置输入和输出电容器,特殊是靠近IC封装的地方。
新型Silent Switcher 2低EMI转换芯片在IC封装内集成了输入和输出电容器及其干系环路。
2、利用适当的PCB板堆叠。
所有旗子暗记层必须具有相邻的接地参考平面(Gnd),并且所有电源走线(或多个平面)还必须具有相邻的Gnd(图2)。
这是由于在当今的快速数字技能中,所有微带线,带状线和电源布线都应被视为传输线。
如果不遵照此规则,则应期待电路之间的噪声和旗子暗记耦合(一种串扰形式),辐射EMI和电路板边缘辐射直接插入天线。
图1 –较差的EMI堆叠设计(6层示例Top-Gnd-Signal-signal-Power-Bottom)。
存在问题:
1) 旗子暗记层4和6以电源为参考;
2) Gnd和电源层不相邻;
3) 两者之间有两个旗子暗记层。
这将在这两个旗子暗记层上耦合功率瞬变。
图2 –良好的EMI叠层设计(8层示例Top-Gnd-Signal-Gnd-Power-Gnd-Bottom)。
所有旗子暗记层均参考相邻的Gnd,电源也有相邻的参考Gnd。
3、接地参考平面(一个或多个)必须是实体。
超过接地参考平面(Gnd)内的缝隙或插槽的快速开关旗子暗记或转换芯片走线将在全体电路板上耦合EMI并耦合到敏感电路中。
4、将所有DC-DC转换芯片电路保持在顶层和相邻的Gnd上方。
引起噪声耦合的一个问题是从PCB板的顶部到底部运行快速切换旗子暗记。
例如:将转换芯片电路放在其电路板的顶部,将输出电感器放在其板的底部,产生的3 MHz开关电流从顶部到底部以及从后面流回,产生了足够的滋扰,从而阻碍了车载GPS吸收。
如果必须将快速上升韶光旗子暗记从上到下进行布线,则常日须要在通孔阁下放置一个相邻的拼接电容器(已将电源连接到GRP),以为旗子暗记电流供应附近的返回路径。
5、使所有DC-DC转换芯片电路都非常靠近转换芯片IC。
DC-DC转换芯片始终具有输入电流环路和输出电流环路(图3)。
这些回路面积必须最小化!
输入和输出电容器以及输出电感器都应尽可能靠近IC封装放置,以最大程度地减少这些环路。
图3 –显示了范例DC-DC降压转换芯片中的两个“热”电流环路的示意图;一个在主输入上,一个在赞助输出上。
6、 将DC-DC转换芯片电路放置在靠近电路板电源入口的位置。
这将方向于使开关电流阔别敏感的无线模块。
在某些情形下,无线模块制造商可能希望将转换芯片放置在模块附近,但是,这样直接将EMI耦合到天线时面临更大的风险。
7、输出电感器应采取屏蔽设计。
有两种类型的电感器:屏蔽和非屏蔽。
始终利用屏蔽电感器,由于这会限定磁场的磁场。
如果可以看到绕组,则为非屏蔽设计。
8、调度输出电感的方向,以降落EMI。
电感在绕组上有一个"出发点"和一个"终点"。
起始端子有时会在车身顶部带有半圆或点的标记。
由于绕组的出发点被总匝数掩埋,因此它们被相同的匝数屏蔽。
调度绕组的起始方向,使其连接到DC-DC转换芯片IC的开关输出(常日标记为" SW"),绕组的末端连接到输出滤波器。
9、DC-DC转换芯片可能须要局部屏蔽。
只管利用了磁屏蔽电感器,良好的PCB板设计和布局实践,但在电路环路和输出周围仍会产生很强的H场,尤其是电场,以是DC-DC转换芯片可能须要局部屏蔽。
三、结语
DC-DC电源电磁滋扰紧张由功率开关晶体管和整流开关二极管快速变革的高压切换和脉冲短路电流所引起,紧张采纳滤波、屏蔽、接地、合理布局布线,挑选适当的元器件和电路技能等方法,为了达到电磁兼容的设计哀求,常常须要综合采取几种方法,才能达到空想效果。
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