开关电源EMI设计摘要:由于开关电源的开关特性,容易使得开关电源产生极大的电磁兼容方面的干扰,作为一个电磁兼容工程师,或则一个PCBlayout工程师必须了解电磁兼容问题的原因已经解决措施,特别是layout工程师,需要了解如何避免脏点的扩大,本文主要介绍了电源PCB设计的要点。1,几个基本原理:任何导线都是有阻抗的;电流总是自动选择阻抗最小的路径;辐射强度和电流、频率、回路面积有关;共模干扰和大dv/dt信号对地互容有关;降低EMI和增强抗干扰能力的原理是相似的。2,布局要按电源、模拟、高速数字及各功能块进行分区。3,尽量减小大di/dt回路面积,减小大dv/dt信号线长度(或面积,宽度也不宜太宽,走线面积增大使分布电容增大,一般的做法是:走线的宽度尽量大,但要去掉多余的部分),并尽量走直线,降低其隐含包围区域,以减小辐射。4,感性串扰主要由大di/dt环路(环形天线),感应强度和互感成正比,所以减小和这些信号的互感(主要途径是减小环路面积、增大距离)比较关键;容性串扰主要由大dv/dt信号产生,感应强度和互容成正比,所有减小和这些信号的互容(主要途径是减小耦合有效面积、增大距离,互容随距离的增大降低较快)比较关键。5,尽量利用环路对消的原则来布线,进一步降低大di/dt回路的面积,如图1所示(类似双绞线利用环路对消原理提高抗干扰能力,增大传输距离):图1,环路对消(boost电路的续流环)6,降低环路面积不仅降低了辐射,同时还降低了环路电感,使电路性能更佳。7,降低环路面积要求我们精确设计各走线的回流路径。8,当多个PCB通过接插件进行连接时,也需要考虑使环路面积达到最小,尤其是大di/dt信号、高频信号或敏感信号。最好一个信号线对应一条地线,两条线尽量靠近,必要时可以用双绞线进行连接(双绞线每一圈的长度对应于噪声半波长的整数倍)。如果大家打开电脑机箱,就可以看到主板到前面板USB接口就是用双绞线进行连接,可见双绞线连接对于抗干扰和降低辐射的重要性。9,对于数据排线,尽量在排线中多安排一些地线,并使这些地线均匀分布在排线中,这样可以有效降低环路面积。10,有些板间连接线虽然是低频信号,但由于这些低频信号中含有大量的高频噪声(通过传导和辐射),如果没有处理好,也很容易将这些噪声辐射出去。11,布线时首先考虑大电流走线和容易产生辐射的走线。12,开关电源通常有4个电流环:输入、输出、开关、续流,(如图2)。其中输入、输出两个电流环几乎为直流,几乎不产生emi,但容易受干扰;开关、续流两个电流环有较大的di/dt,需要注意。如果输入、输出两个电容用多个电容并联使用,需保证每个电容的布线具有相近的阻抗(长度、宽度),并使阻抗尽量小,以减小串入输入、输出端干扰。图2,Buck电路的电流环13,mos(igbt)管的栅极驱动电路通常也含有较大的di/dt。14,在大电流、高频高压回路内部不要放置小信号回路,如控制、模拟电路,以避免受到干扰。15,减小易受干扰(敏感)信号回路面积和走线长度,以减小干扰。16,小信号走线远离大dv/dt信号线(比如开关管的C极或D极,缓冲(snubber)和钳位网络),以降低耦合,可在中间铺地(或电源,总之是常电位信号)进一步降低耦合,铺地和地平面要良好接触。小信号走线同时也要尽量远离大di/dt的信号线,防止感性串扰。小信号走线最好不要走到大dv/dt信号的下方。小信号走线背面如果能够铺地(同性质地),也能降低耦合到的噪声信号。17,比较好的做法是,在这些大dv/dt、di/dt信号走线(包括开关器件的C/D极、开关管散热器)的周围和背面铺地,将上下两层铺地用过孔连接,并将此地用低阻抗走线接到公共接地点(通常为开关管的E/S极,或取样电阻)。这样可以减小辐射EMI。要注意,小信号地一定不能接到此屏蔽地上,否则会引入较大干扰。大dv/dt走线通常会通过互容将干扰耦合到散热器及附近的地,最好将开关管散热器接到屏蔽地上,采用表贴开关器件也会降低互容,从而降低耦合。18,易产生干扰的走线最好不要使用过孔,它会通过过孔干扰过孔所穿过的所有层。19,屏蔽可以降低辐射EMI,但由于增大了对地的电容,会使传导EMI(共模,或非本征差模)有所增...