關(guān)于PCB設(shè)計和降低DC-DC轉(zhuǎn)換器EMI的解決方案（二）

問：是否應(yīng)將DC-DC轉(zhuǎn)換器放置在PCB的底部，而將敏感的模擬電路放置在PCB的頂部？

是的，這是個好主意，這也在我的一些客戶那里得到成功使用。通常，RF部分設(shè)置在頂層，所有數(shù)字處理和控制部分則都位于底層。中間至少要有一個實心地回路平面，并且需要注意在頂部和底部之間如何對任何關(guān)鍵（即高頻）信號進(jìn)行布線。必須要確保返回電流以及信號過孔的路徑連續(xù)。

問：是否有出色的DC-DC轉(zhuǎn)換器PCB設(shè)計示例？

我現(xiàn)在所能建議的是，將這些元器件放置在非?？拷麯C-DC轉(zhuǎn)換器IC的位置，從而減少Cin和Cout（加上開關(guān)電感）的回路面積，然后就是保持輸入電路和輸出電路之間的隔離。在電路板的頂部或底部設(shè)置所有相關(guān)的元器件，然后確保有實心返回平面相鄰。

問：您提到共享Cin和Cout地引腳。您可以再討論下這個主題嗎？

當(dāng)Cin（降壓轉(zhuǎn)換器的噪聲回路）和Cout（升壓轉(zhuǎn)換器的噪聲回路）共享相同的地電流返回路徑時，噪聲會通過該公共阻抗返回路徑耦合，而污染“安靜”的一面（無論是使用哪種降壓/升壓拓?fù)洌D5給出了一個很好的示例，它將Cin和Cout連接到同一點(diǎn)。請注意，并非只有TI會不經(jīng)意地提出這樣的壞布局建議，而是所有器件制造商有時都會出現(xiàn)這種情況。我們要能夠找出主電流回路，然后確保一次和二次側(cè)電路彼此分開得很好。

圖5：以上示例中的TI LMR33610電路布局不佳，因為其存在Cin和Cout共享相同地回路的情況。這種公共阻抗耦合現(xiàn)象會將該降壓轉(zhuǎn)換器的噪聲電流耦合到輸出電壓軌。（圖片來源：德州儀器）

問：在DC-DC轉(zhuǎn)換器上隔離Cin和Cout地參考的最佳方法是什么？

這個問題與上面的問題有關(guān)。最好的方法是將它們分離。如果按照原理圖（輸入回路-轉(zhuǎn)換器IC-輸出回路）布置電路板，則情況會很好。

問：您還沒有提到共模（CM）發(fā)射和差模（DM）發(fā)射的情況。是否能舉幾個降低PCB DM輻射會導(dǎo)致CM增加的實例，或反之亦然呢？是否有通用的PCB降輻射技術(shù)可以同時減少這兩種發(fā)射？

減少PCB CM和DM EMI最好的方法是實現(xiàn)適當(dāng)?shù)腜CB層疊。所有信號走線都應(yīng)具有相鄰的地回路平面，所有的電源平面/走線也都應(yīng)具有相鄰的地回路平面。我們希望將數(shù)字信號電磁波從頭到尾限制在銅走線和返回平面之間。希望將任何電源網(wǎng)絡(luò)瞬變（也包括電磁波）限制在銅平面/走線和返回平面之間。我最近在“Review: Tekbox LISN Mate is valuable for evaluating filter circuits”一文中就進(jìn)行了一些DM和CM傳導(dǎo)發(fā)射實驗。

問：您提到要使DC-DC轉(zhuǎn)換器遠(yuǎn)離處理器和其他數(shù)字電路。但是，低壓電源軌（1.5V、0.8V等）需要更靠近數(shù)字器件，電壓降的損失會影響電壓水平。對于這種情況，您有什么具體建議嗎？

圖6：有時，將DC-DC轉(zhuǎn)換器放置在靠近其用電器件的位置比較好。只要確保遵循所有通常的預(yù)防措施，例如使電流回路最小化，然后確保下方有實心返回平面即可。

在PCB布局時保持分區(qū)的目標(biāo)常常需要權(quán)衡（圖6）。有時（屢見不鮮，不是么？）DC-DC轉(zhuǎn)換器電路需要放置在數(shù)字處理區(qū)域內(nèi)。我只是想警告您，請保持DC-DC轉(zhuǎn)換器布局的一般規(guī)則，然后確保所有數(shù)字和電源轉(zhuǎn)換電路下方均具有相鄰的實心返回平面。

還要避免將電源轉(zhuǎn)換部分放置在過于靠近系統(tǒng)RF部分的位置。一些無線模塊制造商建議將電源轉(zhuǎn)換電路放置在其模塊附近，而我發(fā)現(xiàn)這樣做的客戶設(shè)計確實存在問題。通常，在DC-DC轉(zhuǎn)換器電感和開關(guān)節(jié)點(diǎn)周圍會產(chǎn)生很大的電場。讓這些電場位于天線附近確實是個壞消息。

此外，我強(qiáng)烈建議在電源轉(zhuǎn)換和數(shù)字處理部分上計劃使用局部屏蔽。如果不需要的話，那么很好，但是要知道這通常需要使用局部屏蔽（特別是對于物理尺寸較小的板），并且如果沒有事先計劃好的連接點(diǎn)，則很難實施。

問：EMI濾波器（反射式LC濾波器）和EMI吸收材料，哪個更有效？

哈哈！好吧，我猜想常規(guī)濾波器會更好，因為其可以衰減到40dB左右，但是其帶寬可能會比寬帶鐵氧體吸波材料窄。另一方面，柔性鐵氧體吸收片（圖7和圖8）通常僅能吸收5至20dB。我認(rèn)為需要做一些實驗。我想請您參閱我有關(guān)鐵氧體吸收材料的文章“Insertion-loss measurements of ferrite absorber sheets”。

圖7：使用微帶衰減法測量鐵氧體吸收片。

圖8：這是Arc-Tech WaveX鐵氧體吸波材料的吸收曲線示例，該吸波材料恰好能在正常的蜂窩LTE和2GHz以下的其他無線/GPS頻帶中很好地工作。

問：您有哪些EMC書籍可以推薦？

我在前面提到了幾個，但也立即想到在我自己的藏書中還有下面這些好書（順序不分先后）：

Henry Ott,Electromagnetic Compatibility Engineering, 2nd edition: a more practical treatment and probably the best-known reference

Clayton Paul,Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2nd edition: a more academic treatment

Eric Bogatin,Signal and Power Integrity Simplified, 3rd edition

Smith and Bogatin,Principles of Power Integrity for PDN Design

Steven Sandler,Power Integrity – Measuring, Optimizing, and Troubleshooting Power Related Parameters in Electronic Systems

Ralph Morrison,Grounding and Shielding – Circuits and Interference, 6th edition

Ralph Morrison,Fast Circuit Boards – stresses the electromagnetic wave nature of digital signals

David Weston,Electromagnetic Compatibility, 3rd edition: more oriented toward military systems

André and Wyatt,EMI Troubleshooting Cookbook for Product Designers: good coverage of EMC basic theory, measurement techniques, and troubleshooting

Wyatt,Creating Your Own EMC Troubleshooting Kit, Volume 1– Volume 2 (emissions) and Volume 3 (immunity) coming soon

Würth Elektronik’sTrilogy of Magnetics, 5th edition

—Kenneth Wyatt是Wyatt Technical Services公司的總裁兼首席顧問。

參考資料

Wyatt,Characterize DC-DC converter EMI with near field probes, EDN

Wyatt,Design PCBs for EMI: How signals move – Part 1, EDN

Wyatt,Platform interference, EDN

Wyatt,Insertion loss measurements of ferrite absorber sheets, EDN

Various video demos of EMC design principles, Wyatt Technical Services

Wyatt,Review: Tekbox LISN Mate is valuable for evaluating filter circuits, EDN

編輯：hfy