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開(kāi)關(guān)電源EMI抑制技術(shù)：從原理到PCB布局的10個(gè)關(guān)鍵步驟
在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，電磁干擾（EMI）問(wèn)題始終是工程師面臨的重大挑戰(zhàn)。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)，未經(jīng)過(guò)濾的典型反激式電源在30MHz~300MHz頻段內(nèi)可能產(chǎn)生超過(guò)CISPR 22 Class B限值20dB的噪聲。本文從EMI產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，系統(tǒng)梳理10個(gè)關(guān)鍵抑制技術(shù)，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)揭示PCB布局對(duì)EMI的量化影響。
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電磁兼容正向設(shè)計(jì)：近場(chǎng)輻射頻譜與PCB布局參數(shù)的敏感性分析
在電子設(shè)備日益小型化、集成化的今天，電磁兼容（EMC）問(wèn)題愈發(fā)凸顯。電磁兼容正向設(shè)計(jì)旨在從產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就考慮電磁兼容性，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，減少電磁干擾（EMI）的產(chǎn)生和傳播，確保設(shè)備在復(fù)雜的電磁環(huán)境中能夠正常工作。近場(chǎng)輻射是電磁干擾的重要來(lái)源之一，而PCB（印制電路板）布局參數(shù)對(duì)近場(chǎng)輻射頻譜有著顯著的影響。本文將深入探討近場(chǎng)輻射頻譜與PCB布局參數(shù)的敏感性分析，為電磁兼容正向設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。
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仔細(xì)觀察 PCB 走線
印刷電路板 (PCB) 布局審查會(huì)議期間經(jīng)常被問(wèn)到的問(wèn)題是：“此 PCB 布局中的數(shù)字信號(hào)是否使用 50 歐姆走線?”通常這個(gè)問(wèn)題的答案是“是”。然而，在做出平衡成本、性能和可制造性的決策時(shí)，正確的答案也可能是“否”或“不適用于所有數(shù)字信號(hào)”。替代方法包括關(guān)注 PCB 傳輸線的“受控阻抗”和/或使用其他走線阻抗值。
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6大PCB布局要點(diǎn)：打造更合理的電路板設(shè)計(jì)
在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，PCB（印刷電路板）布局至關(guān)重要。它不僅決定了電路板的性能和可靠性，還直接影響設(shè)備的整體功能和制造成本。通過(guò)合理的PCB布局，可以有效地減少電磁干擾（EMI）、提高信號(hào)完整性、優(yōu)化散熱效果以及增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。以下是六個(gè)關(guān)鍵的PCB布局要點(diǎn)，旨在幫助工程師們打造更合理的電路板設(shè)計(jì)。
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PCB布局時(shí)如何避免信號(hào)完整性問(wèn)題
在PCB（印刷電路板）布局過(guò)程中，避免信號(hào)完整性問(wèn)題至關(guān)重要，因?yàn)檫@直接關(guān)系到電路板的性能和可靠性。以下是一些關(guān)鍵的策略和方法，旨在幫助工程師在PCB布局時(shí)有效避免信號(hào)完整性問(wèn)題：
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PCB板設(shè)計(jì)過(guò)程中如何進(jìn)行EMC分析
世界上只有兩種電子工程師：經(jīng)歷過(guò)電磁干擾的和沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)電磁干擾的。伴隨著PCB信號(hào)頻率的提升，電磁兼容設(shè)計(jì)是我們電子工程師不得不考慮的問(wèn)題。
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Power Integrations與SnapMagic攜手推進(jìn)電源設(shè)計(jì)自動(dòng)化
使用PI Expert and SnapMagic可在數(shù)分鐘內(nèi)完成從電源規(guī)格到PCB布局的整個(gè)過(guò)程
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在IC設(shè)計(jì)中EDA技術(shù)的作用是什么？
電路設(shè)計(jì)：EDA技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師快速地設(shè)計(jì)出電路原理圖和PCB布局圖，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。
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適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（4）
如果存在電場(chǎng)發(fā)射，則可能的罪魁禍?zhǔn)资窍到y(tǒng)中的最高電位。在電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，我們應(yīng)該注意開(kāi)關(guān)晶體管和整流器，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈唠娢?，并且還可能由于散熱而具有較大的表面積。表面貼裝設(shè)備也可能存在這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰罅康挠∷㈦娐钒邈~來(lái)散熱。在這種情況下，我們還應(yīng)該注意任何大面積散熱層與接地層或電源層之間的電容。
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適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（3）
對(duì)于一些需要盡可能低的輸出噪聲的應(yīng)用，使用線性穩(wěn)壓器的效率不足是不可接受的。在這些情況下，后置線性穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可能是合適的。后置穩(wěn)壓器可衰減開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的高頻噪聲，從而使噪聲性能接近單獨(dú)的線性穩(wěn)壓器。由于大多數(shù)電壓轉(zhuǎn)換發(fā)生在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，因此效率損失遠(yuǎn)小于單獨(dú)線性穩(wěn)壓器的損失。
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適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（2）
為了說(shuō)明開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的操作，請(qǐng)考慮一個(gè)典型的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器。在正常運(yùn)行期間，當(dāng)高端開(kāi)關(guān) Q 1導(dǎo)通時(shí)，電路將電流從輸入端傳導(dǎo)到輸出端，當(dāng) Q 1 關(guān)斷且同步整流器 Q 2導(dǎo)通時(shí)，電流 繼續(xù)通過(guò)電感器傳導(dǎo) 。電流和電壓波形的一階近似值錯(cuò)誤地假設(shè)所有組件都是理想的，但本文稍后將介紹這些組件的寄生效應(yīng)。
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適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（1）
大多數(shù)便攜式設(shè)備都包含穩(wěn)壓器或其他形式的電源，并且與較小的光刻 IC 相關(guān)的較低電源電壓也要求在許多非便攜式設(shè)備中使用這些電源電路。盡管許多設(shè)計(jì)人員并不完全了解這些權(quán)衡取舍，但這些權(quán)衡取舍會(huì)對(duì)電池壽命、符合 EMI/EMC 法規(guī)以及所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基本操作產(chǎn)生重大影響。了解穩(wěn)壓器類型、電路拓?fù)?、相關(guān)組件和布局對(duì)于控制電源 EMI 至關(guān)重要。
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選擇正確的檢測(cè)電阻布局
使用熱插拔控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。例如，熱插拔可能會(huì)在意外的電流值下跳閘，或者電流監(jiān)視器可能會(huì)報(bào)告不準(zhǔn)確的測(cè)量值。因此，依賴熱插拔保護(hù)的系統(tǒng)的完整性現(xiàn)在可能會(huì)受到威脅。通過(guò)使用四個(gè)焊盤優(yōu)化檢測(cè)電阻器布局有助于避免故障并創(chuàng)建穩(wěn)健的熱插拔設(shè)計(jì)。
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將汽車環(huán)境中的 EMI 降至最低第二部分
解決 EMI 問(wèn)題的可靠方法是對(duì)整個(gè)電路使用屏蔽盒。當(dāng)然，這增加了成本，增加了所需的電路板空間，使熱管理和測(cè)試更加困難，并引入了額外的組裝成本。另一種常用的方法是減慢開(kāi)關(guān)沿。這具有降低效率、增加最小開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間及其相關(guān)的死區(qū)時(shí)間的不良影響，并損害潛在的電流控制回路速度。
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將汽車環(huán)境中的 EMI 降至最低第一部分
然而PCB布局決定了每一個(gè)電源的成敗。它設(shè)置功能、電磁干擾 (EMI) 和熱行為。雖然開(kāi)關(guān)電源布局不是一門“黑色”藝術(shù)，但在初始設(shè)計(jì)過(guò)程中往往會(huì)被忽視。然而，由于必須滿足功能和 EMI 要求，有利于電源功能穩(wěn)定性的因素通常也有利于其 EMI 輻射。還應(yīng)注意，從一開(kāi)始就做好布局不會(huì)增加任何成本，但實(shí)際上可以節(jié)省成本，無(wú)需 EMI 濾波器、機(jī)械屏蔽、EMI 測(cè)試時(shí)間和 PCB 板修訂。
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3D 多 PCB 設(shè)計(jì)在 FSBB 轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)更高的密度
當(dāng)前電子應(yīng)用的趨勢(shì)，尤其是那些基于大功率設(shè)備的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)越來(lái)越小的尺寸和越來(lái)越高的組件密度。由于引入了超結(jié)器件和寬帶隙材料(如氮化鎵)，迅速實(shí)現(xiàn)了更高的開(kāi)關(guān)頻率，從而減小了無(wú)源器件的體積。
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如何在 PMIC 周圍放置無(wú)源元件以優(yōu)化 PCB 布局
功率一直是大多數(shù)設(shè)計(jì)人員在板上布線的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)人員面臨著功率密度、元件布局、選擇印刷電路板 (PCB) 層數(shù)和信號(hào)之間的交叉耦合等方面的挑戰(zhàn)。由于將許多電源復(fù)雜地集成到單個(gè)封裝中，PCB 設(shè)計(jì)可能會(huì)更加困難。但是您可以通過(guò)遵循一些規(guī)則來(lái)緩解挑戰(zhàn)。
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同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸出電感注意事項(xiàng)
電感器是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和同步降壓轉(zhuǎn)換器的重要組成部分，如圖 1 所示。在所有開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，輸出電感器存儲(chǔ)來(lái)自電源輸入源的能量并將能量釋放到負(fù)載（輸出） .
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如何在我們的 PMIC應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)遙感功能
在為應(yīng)用處理器供電時(shí)，硬件工程師通常不會(huì)考慮降壓轉(zhuǎn)換器在電源管理集成電路 ( PMIC )中的感測(cè)連接的位置。我們可能會(huì)想，“降壓轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)引腳必須連接到輸出。有什么好考慮的？” 好吧，許多應(yīng)用處理器使用電壓縮放來(lái)最小化電源電壓，以降低功耗和結(jié)溫。最小化電源電壓需要嚴(yán)格的電壓容差，以提供盡可能低的電源電壓，而要考慮的一種此類電壓容差是通過(guò)印刷電路板 PCB 走線的電源電流的 I*R 壓降。
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優(yōu)化同步降壓轉(zhuǎn)換器的PCB布局
降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（見(jiàn)圖 1）是許多電氣和電子應(yīng)用中非常流行的開(kāi)關(guān) DC/DC 穩(wěn)壓器拓?fù)?，從云基礎(chǔ)設(shè)施到個(gè)人電子產(chǎn)品再到工廠和樓宇自動(dòng)化。它們代表了當(dāng)今所有非隔離式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)涞?75% 以上。
