減少這些DC-DC轉(zhuǎn)換芯片輻射的方法

1前言

在當(dāng)今的便攜式，移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上找到多個(gè)板載DC-DC轉(zhuǎn)換芯片是相當(dāng)普遍的。如果設(shè)備使用無(wú)線，GPS或蜂窩技術(shù)，則來(lái)自這些轉(zhuǎn)換芯片的EMI（通常使用1到3 MHz之間的開(kāi)關(guān)頻率）通常會(huì)干擾無(wú)線模塊的接收器性能。

2DC-DC轉(zhuǎn)換芯片輻射的方法

本文介紹了減少這些DC-DC轉(zhuǎn)換芯片輻射的方法。

1、使用低EMI轉(zhuǎn)換芯片。使用低EMI轉(zhuǎn)換芯片，例如Analog Devices / Linear Technologies（AD）開(kāi)發(fā)的靜音開(kāi)關(guān)，可用于放置輸入和輸出電容器，特別是靠近IC封裝的地方。新型Silent Switcher 2低EMI轉(zhuǎn)換芯片在IC封裝內(nèi)集成了輸入和輸出電容器及其相關(guān)環(huán)路。

2、使用適當(dāng)?shù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/tag/82/" target="_blank">PCB板堆疊。所有信號(hào)層必須具有相鄰的接地參考平面（Gnd），并且所有電源走線（或多個(gè)平面）還必須具有相鄰的Gnd（圖2）。這是因?yàn)樵诋?dāng)今的快速數(shù)字技術(shù)中，所有微帶線，帶狀線和電源布線都應(yīng)被視為傳輸線。如果不遵循此規(guī)則，則應(yīng)期待電路之間的噪聲和信號(hào)耦合（一種串?dāng)_形式），輻射EMI和電路板邊緣輻射直接插入天線。

圖1 –較差的EMI堆疊設(shè)計(jì)（6層示例Top-Gnd-Signal-signal-Power-Bottom）。

存在問(wèn)題：

信號(hào)層4和6以電源為參考；

Gnd和電源層不相鄰；

兩者之間有兩個(gè)信號(hào)層。這將在這兩個(gè)信號(hào)層上耦合功率瞬變。

圖2 –良好的EMI疊層設(shè)計(jì)（8層示例Top-Gnd-Signal-Gnd-Power-Gnd-Bottom）。所有信號(hào)層均參考相鄰的Gnd，電源也有相鄰的參考Gnd。

3、接地參考平面（一個(gè)或多個(gè)）必須是實(shí)體。跨越接地參考平面（Gnd）內(nèi)的縫隙或插槽的快速開(kāi)關(guān)信號(hào)或轉(zhuǎn)換芯片走線將在整個(gè)電路板上耦合EMI并耦合到敏感電路中。

4、將所有DC-DC轉(zhuǎn)換芯片電路保持在頂層和相鄰的Gnd上方。引起噪聲耦合的一個(gè)問(wèn)題是從PCB板的頂部到底部運(yùn)行快速切換信號(hào)。

例如：將轉(zhuǎn)換芯片電路放在其電路板的頂部，將輸出電感器放在其板的底部，產(chǎn)生的3 MHz開(kāi)關(guān)電流從頂部到底部以及從后面流回，產(chǎn)生了足夠的干擾，從而阻礙了車(chē)載GPS接收。如果必須將快速上升時(shí)間信號(hào)從上到下進(jìn)行布線，則通常需要在通孔旁邊放置一個(gè)相鄰的拼接電容器（已將電源連接到GRP），以為信號(hào)電流提供附近的返回路徑。

5、使所有DC-DC轉(zhuǎn)換芯片電路都非常靠近轉(zhuǎn)換芯片IC。DC-DC轉(zhuǎn)換芯片始終具有輸入電流環(huán)路和輸出電流環(huán)路（圖3）。這些回路面積必須最小化！輸入和輸出電容器以及輸出電感器都應(yīng)盡可能靠近IC封裝放置，以最大程度地減少這些環(huán)路。

圖3 –顯示了典型DC-DC降壓轉(zhuǎn)換芯片中的兩個(gè)“熱”電流環(huán)路的示意圖；一個(gè)在主輸入上，一個(gè)在輔助輸出上。

6、將DC-DC轉(zhuǎn)換芯片電路放置在靠近電路板電源入口的位置。這將傾向于使開(kāi)關(guān)電流遠(yuǎn)離敏感的無(wú)線模塊。在某些情況下，無(wú)線模塊制造商可能希望將轉(zhuǎn)換芯片放置在模塊附近，但是，這樣直接將EMI耦合到天線時(shí)面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)。

7、輸出電感器應(yīng)采用屏蔽設(shè)計(jì)。有兩種類(lèi)型的電感器：屏蔽和非屏蔽。始終使用屏蔽電感器，因?yàn)檫@會(huì)限制磁場(chǎng)的磁場(chǎng)。如果可以看到繞組，則為非屏蔽設(shè)計(jì)。

8、調(diào)整輸出電感的方向，以降低EMI。電感在繞組上有一個(gè)“起點(diǎn)”和一個(gè)“終點(diǎn)”。起始端子有時(shí)會(huì)在車(chē)身頂部帶有半圓或點(diǎn)的標(biāo)記。由于繞組的起點(diǎn)被總匝數(shù)掩埋，因此它們被相同的匝數(shù)屏蔽。調(diào)整繞組的起始方向，使其連接到DC-DC轉(zhuǎn)換芯片IC的開(kāi)關(guān)輸出（通常標(biāo)記為“ SW”），繞組的末端連接到輸出濾波器。

9、DC-DC轉(zhuǎn)換芯片可能需要局部屏蔽。盡管使用了磁屏蔽電感器，良好的PCB板設(shè)計(jì)和布局實(shí)踐，但在電路環(huán)路和輸出周?chē)詴?huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的H場(chǎng)，尤其是電場(chǎng),所以DC-DC轉(zhuǎn)換芯片可能需要局部屏蔽。

3結(jié)語(yǔ)

DC-DC電源電磁干擾主要由功率開(kāi)關(guān)晶體管和整流開(kāi)關(guān)二極管快速變化的高壓切換和脈沖短路電流所引起，主要采取濾波、屏蔽、接地、合理布局布線，挑選適當(dāng)?shù)?a target="_blank">元器件和電路技術(shù)等方法，為了達(dá)到電磁兼容的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)常需要綜合采用幾種方法，才能達(dá)到理想效果。