如何减少電(diàn)路板的纹波

2020-03-23

在PCB设计中如何减少纹波的产生呢(ne)？开关電(diàn)源PCB设计的疏忽会由于電(diàn)源网络中的纹波而使整个電(diàn)路瘫痪。如果没有(yǒu)检测到，電(diàn)源纹波会导致严重的信号完整性问题。

是什么导致電(diàn)源纹波

電(diàn)源纹波是由電(diàn)源的开关特性引起的现象。它通常发生在开关電(diàn)源中，其中電(diàn)感和電(diàn)容会引入由开关频率引起的噪声。由开关频率引入的電(diàn)源纹波通常会在低频谐振。

但是，低频電(diàn)源纹波并不是PCB设计人员唯一关心的问题。高频功率纹波或振铃也可(kě)以通过電(diàn)感的寄生電(diàn)容引入到开关電(diàn)源的输出中。振铃发生在开关電(diàn)源的通断转换期间，并通过沿纹波的尖峰来识别。

功率纹波如何影响電(diàn)子電(diàn)路

小(xiǎo)船毫无问题地在柔和的波浪中巡游。但是，依赖于干净電(diàn)源的電(diàn)子電(diàn)路不能(néng)说相同的话。无论是低频还是高频，電(diàn)源纹波都可(kě)能(néng)损害電(diàn)路的功能(néng)。

電(diàn)压走線(xiàn)中存在的波纹可(kě)能(néng)会导致与相邻電(diàn)路的串扰。電(diàn)力線(xiàn)上的高频振铃将耦合到IC上的信号引脚。的确，大多(duō)数IC可(kě)以容忍一定数量的噪声，但更高频率的噪声超出了電(diàn)源抑制比。

当开关模式噪声和振铃开始耦合到信号中时，将损害输入读数的准确性。通信信号以及電(diàn)源纹波会导致信号完整性问题。功率纹波不仅仅是烦人的事。这是一个很(hěn)严重的问题，可(kě)能(néng)会使電(diàn)子電(diàn)路瘫痪。

如何在PCB设计中减少電(diàn)源纹波

除非你使用(yòng)線(xiàn)性電(diàn)源进行PCB设计，否则你将不得不处理(lǐ)電(diàn)源纹波。為(wèi)了减少電(diàn)源纹波的影响，你必须减小(xiǎo)初始峰值和随后的后续纹波的幅度。

这里有(yǒu)一些方便的技巧可(kě)以解决设计中的電(diàn)源纹波。

1.缓冲電(diàn)路

可(kě)以在开关電(diàn)源中的低端MOSFET的开关节点两端放置一个由電(diàn)阻器和電(diàn)容组成的缓冲電(diàn)路，以减少振铃。两种RC组合均用(yòng)作阻尼器，吸收MOSFET改变状态时释放的能(néng)量。使用(yòng)缓冲電(diàn)路有(yǒu)助于减少振铃发出的EMI。

2.引导電(diàn)阻

引导電(diàn)阻限制了振铃噪声的初始分(fēn)支。它放置在与自举電(diàn)容串联的高端MOSFET栅极的两端。当在PCB设计中添加启动電(diàn)阻时，MOSFET的充電(diàn)时间会增加，以抑制初始峰值。你需要对启动電(diàn)阻的值保持谨慎，因為(wèi)流过的電(diàn)流太少会影响开关電(diàn)源的性能(néng)。可(kě)以通过限制MOSFET的充電(diàn)電(diàn)流来减小(xiǎo)纹波。

3.穿心電(diàn)容

你可(kě)能(néng)会想到，使用(yòng)電(diàn)容来消除纹波是个好主意。但是典型的電(diàn)容仅有(yǒu)助于滤除低频噪声。為(wèi)了减少高频纹波，尽量使用(yòng)穿通電(diàn)容。穿心電(diàn)容具有(yǒu)三个端子，可(kě)以在高频下产生更好的插入损耗。

当然，最重要的是，相信可(kě)靠的仿真工具可(kě)以通过庞大的脚新(xīn)模型参数库准确地对電(diàn)源和電(diàn)源纹波进行建模，将大大提高你设计出電(diàn)源纹波无法克服的電(diàn)路的几率。

通常，所有(yǒu)上述方法都同时用(yòng)于為(wèi)开关電(diàn)源提供较好性能(néng)。作為(wèi)PCB设计人员，你将希望在不影响電(diàn)源效率的情况下脚大程度地减小(xiǎo)電(diàn)源纹波。