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PCB上的干扰源,及合理的处理

2026-01-05 17:06:59

1、Phase平面

Phase平面,即电感与电源IC链接的平面,是最脏的信号(大电流、高电压跳变、强干扰);满足通流的情况下面积尽可能的小,减小其对外界的干扰和辐射。

我们在PCB设计的时候,原则就是要保护好厨房,防止厕所干扰过来;电源设计如此,其他的电路设计也是如此。

这款芯片,曾经碰过一个案例,由于芯片设计时,把EN管脚与Phase管脚靠近放置;EN非常容易受到Phase的干扰,在EN上能够测试出开关频率的噪声。PCB设计的时候,需要减少这两个信号的平行走线,尽可能地增大间距,否则概率性发生EN被干扰,导致电源勿关断。(好比厕所的味道窜到厨房的感觉)。

Buck架构DC/DC转换器存在两个电流发生剧烈变化的主回路 :

当Q1截止以后,电感电流还会继续保持原方向流动,而同步整流开关MOSFET Q2将在此时导通,这时的电流经Q2、L1、输出电容流动并经地线回流至Q2,其回路如图2中蓝线所示,它被标注为I2

在上面所述的回路中,电流环I1和I2共同共享了自开关节点à电感à输出电容ààQ2的源极这一段路径。I1和I2合成起来后就形成了一个相对平缓、连续的锯齿状波形,由于其中不存在电流变化率dI/dt极高的边沿,其包含的高频成分就要少一些。

当进Buck转换器的PCB布局设计时,A1区域的面积就应当被设计得尽可能小。

BUCK电路中还存在高频开关节点(SW note),这里的dv/dt会产生电场,也会产生辐射,同时引起的共模电流也会在传导测试中占据重要分量。高频开关节点常常和辐射相关,尤其是在单杆天线测试和双锥天线测试中,在单杆天线测试中,高频开关节点产生的近场电场直接可以通过单杆天线接收。

抑制高频开关节点的dv/dt,首先可以通过减小面积来减小近场电场的电场强度。如下图,通过减小SW的铺铜面积,电场强度有了明显地减小。同样的方法,可以在单杆测试中,可以通过减小SW铺铜或者电感的体积来实现。前面我们分析过电感并不能保持稳定的电位,也是高频开关节点。

当功率受到限值的时候,电感体积不能明显的减小,可以选用屏蔽电感。这里的屏蔽电感是指外部有金属层作为屏蔽层并接地的电感,并不是指铺铜的一体成型磁屏蔽的电感。如图,VISHAY公司的汽车级IHLE集成式电场屏蔽电感器,具有金属外壳,使用时需要外壳接地,提供一个稳定的零点位,可以达到电场屏蔽的效果。

实测屏蔽电感的单杆天线测试(150K~30M),可以看到使用屏蔽电感后,有将近20dB的抑制效果。当然,实际中我们可以用金属罩对SW节点和电感进行屏蔽。

我们知道共模电流在传导和辐射测试中会存在,尤其在辐射测试中,占据重要分量,需要对共模电流进行抑制。如图,分析共模电流的路径,我们可以通过3种方式抑制共模电流。

  1. 1. 减小dv/dt的开关面积和电感尺寸,减弱电场场强
  2. 2. 屏蔽SW节点和电感,为dv/dt噪声源提供零电平,减小耦合电容
  3. 3. 在输入端加共模电感 ,增加共模环路的阻抗。


二二、保护敏感信号

容易受到干扰的信号,我们要通过查分走线,减小环路等方式,减小其受到外界干扰的概率和强度。


电源电压远端反馈差分走线

电压检测分反馈检测,反馈检测。一般小电流电源采用近端反馈,如下电路为检测电路。分压电阻及反馈线靠近电源输出(输出电容)处放置,并单端信号反馈即可。

一般大电流电源采用远端反馈,如下电路为检测电路。(如果有分压电阻,分压电阻靠近控制器放置)这对差分线的主要作用是为了抑制共模干扰,所以对于差分对的线长差没有要求。

减小环路补偿的面积

同样,其他的一些敏感信号,我们都希望通过减小面积、减小环路、拉远与脏信号的距离,来减少其被脏信号的干扰。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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1、Phase平面Phase平面,即电感与电源IC链接的平面,是最脏的信号(大电流、高电压跳变、强干扰);满足通流的情况下面积尽可能的小,减小其对外界的干扰和辐
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