物(wù)联网产品中抑制DC-DC转换器EMI的一些技术

2021-06-25

物(wù)联网产品中抑制DC-DC转换器EMI的一些技术

抑制来自各种来源的物(wù)联网设备的 EMI 敏感性对于确保您的新(xīn)产品按设计工作至关重要。同样，如果您希望物(wù)联网产品符合 EMC 法规，则应限制杂散发射。在您的下一个产品的各种辐射 EMI 来源中，还应控制设备本身的 EMI，以防止出现信号和電(diàn)源完整性问题。

IoT 设备中的電(diàn)源可(kě)能(néng)是辐射和传导 EMI 的问题来源，尤其是开关 DC-DC 转换器，它们通常以 MHz 开关频率运行。最有(yǒu)可(kě)能(néng)的是，您将在電(diàn)路板上使用(yòng)多(duō)个 DC-DC 转换器。如果未实施过滤噪声和隔离接收器的一些重要步骤，来自这些转换器的 EMI 可(kě)能(néng)会干扰无線(xiàn)接收器。您可(kě)以在布局期间采取一些基本设计步骤，以减少 DC-DC 转换器 EMI 并屏蔽其他(tā)敏感電(diàn)路免受 IoT PCB 中的辐射和传导 EMI。

它从你的堆叠开始

与大多(duō)数信号完整性和電(diàn)源完整性问题一样，DC-DC 转换器 EMI 降低始于正确的叠层设计。用(yòng)于物(wù)联网设备的功能(néng)丰富的電(diàn)路板可(kě)能(néng)会使用(yòng)至少 6 层的電(diàn)路板，以便為(wèi)電(diàn)路板表面上的布線(xiàn)、電(diàn)源和接地层以及组件提供足够的空间。层数不如各层的排列重要。较新(xīn)的手机已经完全采用(yòng)柔性或刚性柔性，因為(wèi)它们為(wèi)更大的電(diàn)池提供了额外的空间。

由于您的 DC-DC 转换器電(diàn)路将位于表层，因此您需要在表层正下方包括一个接地层，并使其尽可(kě)能(néng)大。这还将為(wèi)表面层上的其他(tā)信号提供具有(yǒu)低环路電(diàn)感的合适参考平面。一些旧式 DC-DC 转换器的数据表建议在输出電(diàn)感之前切除输出迹線(xiàn)周围的一部分(fēn)接地层。虽然这对于使用(yòng)较低开关频率并在较高信号電(diàn)平下运行的旧转换器来说可(kě)能(néng)没问题，但从 EMI 角度来看，这在较新(xīn)的物(wù)联网/移动设备中很(hěn)糟糕。

在内部层上，将電(diàn)源层放置在与接地层相邻的位置，以便為(wèi)去耦提供足够的层间電(diàn)容。除了明智地放置去耦電(diàn)容器之外，这种安排将有(yǒu)助于减少電(diàn)源总線(xiàn)上的振铃。这也允许在内部层中进行带状線(xiàn)布線(xiàn)。除了在层布置中利用(yòng)屏蔽之外，叠层设计的目标应该是使PDN 阻抗尽可(kě)能(néng)低，以抑制 EMI 振铃。

隔离

隔离有(yǒu)两种形式：距离和屏蔽。使用(yòng)接地屏蔽罩隔离具有(yǒu)高電(diàn)流输出的开关電(diàn)源是防止辐射 EMI 在附近具有(yǒu)大环路電(diàn)感的数字電(diàn)路中引起意外开关的明显解决方案。如果您的 IoT 产品使用(yòng)電(diàn)池运行并保守地使用(yòng)電(diàn)源，则您可(kě)能(néng)不需要在您的 IoT 产品中使用(yòng)屏蔽罐。任何不太强烈的传导噪声都可(kě)以被过滤掉（这是输出電(diàn)容器的一种用(yòng)途）。

相反，您可(kě)以使用(yòng)接地的覆铜或通过不同區(qū)域之间的围栏将電(diàn)路板中的重要功能(néng)块分(fēn)开。请注意，过孔栅栏通常经过优化以抑制单个波長(cháng)（通常对应于开关稳压器中拐点频率的频率）的辐射 EMI。由于您的目标是抑制辐射 EMI 干扰无線(xiàn)接收器，因此您应该将接收器電(diàn)路放置在遠(yuǎn)离转换器的地方。虽然转换器会产生一些辐射，但当接收器距离转换器较遠(yuǎn)时，这些辐射的强度会降低。

智能(néng)手机 PCB 中的屏蔽

选择正确的组件

DC-DC 转换器電(diàn)路中的组件在提供 EMI 抑制方面发挥着重要作用(yòng)。您应该使用(yòng)自谐振频率足够高（高于稳压器中 PWM 信号的拐点频率）的電(diàn)容器，以确保它们提供所需的電(diàn)容阻抗。您的電(diàn)感器也应该是屏蔽类型的，以便更好地限制磁场。

主要 IC 制造商(shāng)已主动设计具有(yǒu)小(xiǎo)尺寸和合理(lǐ)成本的低 EMI DC-DC 转换器。TI、Analog 和 NXP 已开发出将输出電(diàn)感器直接集成到封装中的 DC-DC 转换器。您还可(kě)以将所需的输入和输出電(diàn)容器直接放置在封装旁边，以确保低電(diàn)感回路，或者这些组件将这些電(diàn)容器包含在 IC 封装内。当您的设计软件允许您搜索制造商(shāng)零件编号并将这些组件导入您的库时，您可(kě)以轻松地将这些组件包含在您的電(diàn)路板中。

当您使用(yòng)Altium Designer ® 中强大的 PCB 设计和分(fēn)析工具时，您可(kě)以实施此处显示的所有(yǒu)设计建议，以降低 DC-DC 转换器的 EMI 。这套完整的设计工具建立在统一的规则驱动设计引擎之上，可(kě)确保您的布局在您创建電(diàn)路板时符合基本和高级设计规则。您还将拥有(yǒu)一套完整的工具，用(yòng)于分(fēn)析信号完整性并為(wèi)您的制造商(shāng)准备可(kě)交付成果。