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处理DC-DC转换芯片EMI的技巧有哪些

2020年07月09日 15:18 次阅读

  一、引言

  在当今的便携式,移动和物联网设备上找到多个板载DC-DC转换芯片是相当普遍的。如果设备使用无线,GPS或蜂窝技术,则来自这些转换芯片的EMI(通常使用1到3MHz之间的开关频率)通常会干扰无线模块的接收器性能。

  

  二、方法

  本文介绍了减少这些DC-DC转换芯片辐射的方法。

  1、使用低EMI转换芯片。使用低EMI转换芯片,例如AnalogDevices/LinearTechnologies(AD)开发的静音开关,可用于放置输入和输出电容器,特别是靠近IC封装的地方。新型SilentSwitcher2低EMI转换芯片在IC封装内集成了输入和输出电容器及其相关环路。

  2、使用适当的PCB板堆叠。所有信号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)。这是因为在当今的快速数字技术中,所有微带线,带状线和电源布线都应被视为传输线。如果不遵循此规则,则应期待电路之间的噪声和信号耦合(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)信号层4和6以电源为参考;

  2)Gnd和电源层不相邻;

  3)两者之间有两个信号层。这将在这两个信号层上耦合功率瞬变。

  

  图2–良好的EMI叠层设计(8层示例Top-Gnd-Signal-Gnd-Power-Gnd-Bottom)。所有信号层均参考相邻的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。跨越接地参考平面(Gnd)内的缝隙或插槽的快速开关信号或转换芯片走线将在整个电路板上耦合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信号。

  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3MHz开关电流从顶部到底部以及从后面流回,产生了足够的干扰,从而阻碍了车载GPS接收。如果必须将快速上升时间信号从上到下进行布线,则通常需要在通孔旁边放置一个相邻的拼接电容器(已将电源连接到GRP),以为信号电流提供附近的返回路径。

  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–显示了典型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,一个在辅助输出上。

  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。这将倾向于使开关电流远离敏感的无线模块。在某些情况下,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、输出电感器应采用屏蔽设计。有两种类型的电感器:屏蔽和非屏蔽。始终使用屏蔽电感器,因为这会限制磁场的磁场。如果可以看到绕组,则为非屏蔽设计。

  8、调整输出电感的方向,以降低EMI。电感在绕组上有一个“起点”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。由于绕组的起点被总匝数掩埋,因此它们被相同的匝数屏蔽。调整绕组的起始方向,使其连接到DC-DC转换芯片IC的开关输出(通常标记为“SW”),绕组的末端连接到输出滤波器

  9、DC-DC转换芯片可能需要局部屏蔽。尽管使用了磁屏蔽电感器,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,所以DC-DC转换芯片可能需要局部屏蔽。

  三、结语

  DC-DC电源电磁干扰主要由功率开关晶体管和整流开关二极管快速变化的高压切换和脉冲短路电流所引起,主要采取滤波、屏蔽、接地、合理布局布线,挑选适当的元器件和电路技术等方法,为了达到电磁兼容的设计要求,经常需要综合采用几种方法,才能达到理想效果。

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