物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中抑制DC-DC轉換器EMI的一些技術(shù)

2021-06-25

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中抑制DC-DC轉換器EMI的一些技術(shù)

抑制來(lái)自各種來(lái)源的物聯(lián)網(wǎng)設備的 EMI 敏感性對于確保您的新產(chǎn)品按設計工作至關(guān)重要。同樣，如果您希望物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品符合 EMC 法規，則應限制雜散發(fā)射。在您的下一個(gè)產(chǎn)品的各種輻射 EMI 來(lái)源中，還應控制設備本身的 EMI，以防止出現信號和電源完整性問(wèn)題。

IoT 設備中的電源可能是輻射和傳導 EMI 的問(wèn)題來(lái)源，尤其是開(kāi)關(guān) DC-DC 轉換器，它們通常以 MHz 開(kāi)關(guān)頻率運行。最有可能的是，您將在電路板上使用多個(gè) DC-DC 轉換器。如果未實(shí)施過(guò)濾噪聲和隔離接收器的一些重要步驟，來(lái)自這些轉換器的 EMI 可能會(huì )干擾無(wú)線(xiàn)接收器。您可以在布局期間采取一些基本設計步驟，以減少 DC-DC 轉換器 EMI 并屏蔽其他敏感電路免受 IoT PCB 中的輻射和傳導 EMI。

它從你的堆疊開(kāi)始

與大多數信號完整性和電源完整性問(wèn)題一樣，DC-DC 轉換器 EMI 降低始于正確的疊層設計。用于物聯(lián)網(wǎng)設備的功能豐富的電路板可能會(huì )使用至少 6 層的電路板，以便為電路板表面上的布線(xiàn)、電源和接地層以及組件提供足夠的空間。層數不如各層的排列重要。較新的手機已經(jīng)完全采用柔性或剛性柔性，因為它們?yōu)楦蟮碾姵靥峁┝祟~外的空間。

由于您的 DC-DC 轉換器電路將位于表層，因此您需要在表層正下方包括一個(gè)接地層，并使其盡可能大。這還將為表面層上的其他信號提供具有低環(huán)路電感的合適參考平面。一些舊式 DC-DC 轉換器的數據表建議在輸出電感之前切除輸出跡線(xiàn)周?chē)囊徊糠纸拥貙?。雖然這對于使用較低開(kāi)關(guān)頻率并在較高信號電平下運行的舊轉換器來(lái)說(shuō)可能沒(méi)問(wèn)題，但從 EMI 角度來(lái)看，這在較新的物聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)設備中很糟糕。

在內部層上，將電源層放置在與接地層相鄰的位置，以便為去耦提供足夠的層間電容。除了明智地放置去耦電容器之外，這種安排將有助于減少電源總線(xiàn)上的振鈴。這也允許在內部層中進(jìn)行帶狀線(xiàn)布線(xiàn)。除了在層布置中利用屏蔽之外，疊層設計的目標應該是使PDN 阻抗盡可能低，以抑制 EMI 振鈴。

隔離

隔離有兩種形式：距離和屏蔽。使用接地屏蔽罩隔離具有高電流輸出的開(kāi)關(guān)電源是防止輻射 EMI 在附近具有大環(huán)路電感的數字電路中引起意外開(kāi)關(guān)的明顯解決方案。如果您的 IoT 產(chǎn)品使用電池運行并保守地使用電源，則您可能不需要在您的 IoT 產(chǎn)品中使用屏蔽罐。任何不太強烈的傳導噪聲都可以被過(guò)濾掉（這是輸出電容器的一種用途）。

相反，您可以使用接地的覆銅或通過(guò)不同區域之間的圍欄將電路板中的重要功能塊分開(kāi)。請注意，過(guò)孔柵欄通常經(jīng)過(guò)優(yōu)化以抑制單個(gè)波長(cháng)（通常對應于開(kāi)關(guān)穩壓器中拐點(diǎn)頻率的頻率）的輻射 EMI。由于您的目標是抑制輻射 EMI 干擾無(wú)線(xiàn)接收器，因此您應該將接收器電路放置在遠離轉換器的地方。雖然轉換器會(huì )產(chǎn)生一些輻射，但當接收器距離轉換器較遠時(shí)，這些輻射的強度會(huì )降低。

智能手機 PCB 中的屏蔽

選擇正確的組件

DC-DC 轉換器電路中的組件在提供 EMI 抑制方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。您應該使用自諧振頻率足夠高（高于穩壓器中 PWM 信號的拐點(diǎn)頻率）的電容器，以確保它們提供所需的電容阻抗。您的電感器也應該是屏蔽類(lèi)型的，以便更好地限制磁場(chǎng)。

主要 IC 制造商已主動(dòng)設計具有小尺寸和合理成本的低 EMI DC-DC 轉換器。TI、Analog 和 NXP 已開(kāi)發(fā)出將輸出電感器直接集成到封裝中的 DC-DC 轉換器。您還可以將所需的輸入和輸出電容器直接放置在封裝旁邊，以確保低電感回路，或者這些組件將這些電容器包含在 IC 封裝內。當您的設計軟件允許您搜索制造商零件編號并將這些組件導入您的庫時(shí)，您可以輕松地將這些組件包含在您的電路板中。

當您使用Altium Designer ? 中強大的 PCB 設計和分析工具時(shí)，您可以實(shí)施此處顯示的所有設計建議，以降低 DC-DC 轉換器的 EMI 。這套完整的設計工具建立在統一的規則驅動(dòng)設計引擎之上，可確保您的布局在您創(chuàng )建電路板時(shí)符合基本和高級設計規則。您還將擁有一套完整的工具，用于分析信號完整性并為您的制造商準備可交付成果。