在當今的便攜式,移動和物聯網設備上找到多個板載DC-DC轉換器是相當普遍的。如果設備使用無線,GPS或蜂窩技術,這些轉換器的EMI(通常使用1到3 MHz之間的開關頻率)通常會干擾無線模塊的接收器性能。
問題實際上是低頻蜂窩(700-900 MHz)或GPS(1575.42),而Wi-Fi(2.4 GHz)可能更少,因為這些轉換器的諧波發射通常會擴展到2 GHz,或者更多。蜂窩提供商具有嚴格的接收器靈敏度要求,而全向各向同性靈敏度(TIS)是在CTIA合規期間執行的測試之一。如果接收器不夠靈敏,則不允許將產品放入蜂窩系統(參考文獻1和2)。
本文介紹了減少這些DC-DC轉換器發射的十大方法。它們沒有特別的順序列出 - 所有都很重要。
1.指定低EMI轉換器。德州儀器(TI)和ADI公司/凌力爾特公司(AD)都在繼續開發低EMI器件。AD最近開發了他們的Silent Switcher,它可以將輸入和輸出電容定位在特別靠近IC封裝的地方。他們的新款Silent Switcher 2低EMI轉換器在IC封裝內集成了輸入和輸出電容及其相關的環路。最后,他們的“μModule”系列轉換器也包含輸出電感器。雖然價格較貴,但這些對EMI來說都特別安靜。
2.使用合適的PC板堆疊。我的大多數客戶都錯了(圖1)。所有信號層必須具有相鄰的接地參考平面(GRP),并且所有功率跡線(或平面)也必須具有相鄰的GRP(圖2)。這是因為在當今的快速數字技術中,所有微帶線,帶狀線和功率布線應被視為傳輸線 - 如果不遵循此規則,則期望電路之間的噪聲和信號耦合(一種形式的串擾),輻射EMI和電路板邊緣輻射直接進入天線。
圖1 - 一種非常常見但很差的EMI疊層設計(6層示例)。信號層4和6以功率為參考,而GRP和功率平面不相鄰,其間有兩個信號層。這將耦合這兩個信號層上的功率瞬變。
圖2 - 良好的EMI疊層設計(8層示例)。所有信號層都參考相鄰的GRP,而功率也參考相鄰的GRP。
3.地面參考平面(或平面)必須是實心的??焖偾袚Q信號或轉換器走線穿過接地參考平面(GRP)內的間隙或槽將在整個電路板上耦合EMI,并且可以耦合到敏感的注釋,TI的一些舊數據表(注1)建議將GRP(以及所有其他)信號)來自電路軌跡的路徑,從轉換器SW節點到輸出電感器的輸入。這是不正確的!該跡線必須與實體GRP相鄰。否則,他們的布局建議都可以。請參閱視頻演示,解釋為什么GRP中的間隙是EMI的災難(參考文獻3)。
4.將所有DC-DC轉換器電路保持在頂層和相鄰GRP上。產生噪聲耦合的一個問題是從PC板的頂部到底部運行快速切換信號。我有一個客戶端將轉換器電路放在頂部,輸出電感器放在電路板底部。由此產生的3 MHz開關電流從頂部流向底部并向后流動,產生足夠的干擾以阻止車載GPS接收。如果快速上升時間信號必須從頂部到底部布線,則這通常需要位于通孔旁邊的相鄰縫合電容器(連接到GRP的電源)以提供返回到源的信號電流的附近返回路徑。
5.使所有DC-DC轉換器電路都非??拷D換器IC。DC-DC轉換器始終具有輸入電流環路和輸出電流環路(圖3)。這些循環區域必須最小化!IC制造商開始認識到EMI是一個問題,并警告設計人員轉換器制造商經常(在數據表的末尾?。┨峁┙ㄗh的布局。過去2 - 3年的布局建議通常是準確的。如果比這更老,往往是不正確的。輸入和輸出電容以及輸出電感應盡可能靠近IC封裝,以最大限度地減少這些環路。
圖3 - 示出典型DC-DC降壓轉換器中的兩個“熱”電流回路的圖示; 一個在主輸入上,一個在次要輸出上。禮貌,Analog Devices / Linear Technology AN-130。
6.將DC-DC轉換器電路放置在靠近電路板電源入口的位置。這將傾向于將開關電流從敏感的無線模塊本地化(參考文獻4)。然而,可能存在無線模塊制造商想要位于模塊附近的轉換器的情況。如果是這種情況,請遵守所有其他規則,并直接面對天線EMI耦合的風險增加!
7.輸出電感應采用屏蔽設計。有兩種類型的電感器; 屏蔽和非屏蔽。總是使用屏蔽電感,因為這往往會限制磁場H場。如果你能看到繞組,它是一個無屏蔽的設計!
圖4 - 兩個典型鐵氧體磁芯電感器的橫截面。您可以看到非屏蔽樣式(右側)的轉彎,但不是屏蔽式(左側)。額外的鐵氧體屏蔽更好地限制了磁場(紅色箭頭)。禮貌,WürthElektronikeiSos。
8.調整輸出電感的方向以獲得最低的EMI。電感器在繞組上具有“開始”和“結束”。起始終端有時在身體頂部標有半圓或圓點。由于繞組的起始點被總匝數掩埋,因此它會被這些相同的匝數屏蔽。定位繞組的起點,使其連接到DC-DC轉換器IC的開關輸出(通常標記為“SW”)。繞組末端連接到輸出濾波器,因此它比繞組開始時更安靜。
圖5 - 某些鐵氧體電感器有某種標記,例如TDK的半月形,表示引腳1(繞組的起點)。在WürthElektronik零件上,這通常是一個點。由Rick Hartley Enterprises和美國TDK提供。
9. DC-DC轉換器可能需要本地屏蔽。盡管使用了磁屏蔽電感器,良好的PC板設計和布局實踐,但仍然會在電路回路和輸出周圍產生強大的H-,特別是E-場。設計PC板以適應這些局部屏蔽首先添加連接到GRP的“隔離焊條”。如果你不需要它們,那很好。
10.找到遠離轉換器電路的天線和同軸電纜。天線及其相關的同軸電纜(如果使用的話)應盡可能遠離DC-DC。大壓降降壓轉換器的輸入電路回路將具有相對較高的dV / dt,并且相關的電場可以直接耦合到接收器中。
注1 - TI的一些舊數據表(下面的示例)建議刪除其DC-DC轉換器設計或演示板的輸出節點(有時也是輸入節點)周圍的GRP。在我看來,這是不正確的,正如上文提示4中所述。
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