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如何才能消除Buck轉(zhuǎn)換器中的EMI詳細(xì)經(jīng)驗(yàn)分析

fcsde-sh ? 來(lái)源:張飛實(shí)戰(zhàn)電子 ? 作者:張飛實(shí)戰(zhàn)電子 ? 2019-08-25 10:20 ? 次閱讀

在上面所述的回路中,電流環(huán)I1和I2共同共享了自開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)→電感→輸出電容→地→Q2的源極這一段路徑。I1和I2合成起來(lái)后就形成了一個(gè)相對(duì)平緩、連續(xù)的鋸齒狀波形,由于其中不存在電流變化率dI/dt極高的邊沿,其包含的高頻成分就要少一些。

從電磁輻射的角度來(lái)看,圖3中存在陰影的A1區(qū)域是存在高電流變化率dI/dt的回路部分,這個(gè)回路將生成最多的高頻成分,因而在Buck轉(zhuǎn)換器的EMI設(shè)計(jì)中是需要被重點(diǎn)考慮的最關(guān)鍵部分。圖中A2區(qū)域的電流變化率dI/dt就沒(méi)有A1區(qū)域的高,因而生成的高頻噪聲也就比較少。

當(dāng)進(jìn)行Buck轉(zhuǎn)換器的PCB布局設(shè)計(jì)時(shí),A1區(qū)域的面積就應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)得盡可能地小。關(guān)于這一點(diǎn),可以參考第7章的PCB布局設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)要點(diǎn)。

4. 輸入和輸出的濾波處理

在理想狀況下,輸入、輸出電容對(duì)于Buck轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)電流來(lái)說(shuō)都具有極低的阻抗。但在實(shí)際上,電容都存在ESR和ESL,它們都增加了電容的阻抗,并且導(dǎo)致上面出現(xiàn)額外的高頻電壓跌落。這種電壓跌落將在電源供應(yīng)線路上和負(fù)載連接電路上形成相應(yīng)的電流變化,見(jiàn)圖4。

5. 降低轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)切換速度

假如通過(guò)PCB布局和濾波設(shè)計(jì)的優(yōu)化仍然不能讓一個(gè)Buck轉(zhuǎn)換電路的輻射水平低于需要的水平,那就只能在降低轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)切換速度上想辦法,這對(duì)降低其輻射水平是很有幫助的。

為了理解這能導(dǎo)致多大程度的改進(jìn),我們需要對(duì)不連續(xù)電流脈沖的高頻成分進(jìn)行一番探討。圖6左側(cè)顯示的是簡(jiǎn)化為梯形了的電流波形,其周期為TPERIOD,脈沖寬度為TW,脈沖上升/下降時(shí)間為TRISE。從頻域來(lái)看此信號(hào),其中含有基頻成分和很多高次諧波成分,通過(guò)傅里葉分析可以知道這些高頻成分的幅度和脈沖寬度、上升/下降時(shí)間之間的關(guān)系,這種關(guān)系被表現(xiàn)在圖6的右側(cè)。

這些寄生電容是由MOSFET的Coss和相對(duì)于基底之間的電容共同構(gòu)成的,另外還有寄生電感存在于從IC引腳到晶圓內(nèi)核之間的連接線上,這些寄生元件和PCB布局所導(dǎo)致的寄生電感與輸入濾波電容上的ESL一起將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)切換波形上的高頻振鈴信號(hào)。當(dāng)MOSFET Q1導(dǎo)通時(shí),開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)信號(hào)上升沿的振鈴信號(hào)主要就由Q2的Coss和MOFET開(kāi)關(guān)切換路徑上的總寄生電感(LpVIN + LpGND+ LpLAYOUT + ESLCIN)導(dǎo)致。當(dāng)MOFET Q1截止時(shí),開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)信號(hào)下降沿的振鈴信號(hào)主要由Q1的Coss和下橋MOSFET源極到地之間的寄生電感(LpGND)導(dǎo)致。

圖9顯示了一個(gè)具有快速上升時(shí)間和下降時(shí)間的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)波形,其上升沿和下降沿都存在振鈴信號(hào)。由于寄生電感中的儲(chǔ)能等于??I2?Lp,所以振鈴信號(hào)的幅度將隨負(fù)載電流的增加而增加。此信號(hào)的頻率范圍通常在200~400MHz之間,可導(dǎo)致高頻EMI輻射。過(guò)度的振鈴信號(hào)通常意味著較大的寄生電感,說(shuō)明需要對(duì)PCB布局設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查、修正,以便對(duì)環(huán)路較大或?qū)IN和/或地線路太窄的問(wèn)題予以修正。元件的封裝也會(huì)影響振鈴狀況,打線方式的封裝會(huì)有比晶圓倒裝方式的封裝更大的寄生電感存在,因?yàn)榘疃ň€的電感會(huì)大于焊點(diǎn)的電感,其表現(xiàn)就會(huì)更差一些。

RC緩沖抑制電路

添加RC緩沖電路可有效地抑制振鈴現(xiàn)象,同時(shí)會(huì)造成開(kāi)關(guān)切換損耗的增加。

RC緩沖電路應(yīng)當(dāng)放置在緊靠開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和功率地處。在使用外部MOSFET開(kāi)關(guān)的Buck轉(zhuǎn)換器中,RC緩沖電路應(yīng)當(dāng)直接跨過(guò)下橋MOSFET的漏極和源極放置。圖10示范了RC緩沖電路的放置位置。

緩沖電阻Rs的作用是對(duì)寄生LC振蕩電路的振蕩過(guò)程施加足夠的抑制能力,其取值取決于意欲施加的抑制強(qiáng)度和L、C寄生元件的參數(shù),可由下式予以確定 :

其中,ξ是抑制因子。通常,ξ的取值在0.5(輕微抑制)到1(重度抑制)之間。寄生參數(shù)Lp和Cp的值通常是未知的,但可通過(guò)下述方法進(jìn)行測(cè)量 :

在信號(hào)上升沿測(cè)量原始振鈴信號(hào)的頻率fRING。

在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)和地之間增加一個(gè)小電容,這可讓振鈴信號(hào)的頻率得到降低。持續(xù)增加電容,直至振鈴信號(hào)的頻率降低到原始振鈴頻率的50%。

降低到50%的振鈴信號(hào)頻率意味著總諧振電容的大小是原始電容量的4倍。因此,原始電容Cp的值便是新增電容量的1/3。

這樣就能求得寄生電感Lp的值 :

RC緩沖電路中的串聯(lián)電容Cs需要足夠大,以便讓抑制電阻能在電路諧振期間表現(xiàn)出穩(wěn)定的諧振抑制效果。如果這個(gè)電容的值太大,它在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的充電和放電過(guò)程就會(huì)導(dǎo)致過(guò)大的功率消耗。所以,Cs的取值通常以電路寄生電容的值的3~4倍為宜。

除了可以對(duì)諧振產(chǎn)生抑制,RC平滑抑制電路還可以輕微地降低開(kāi)關(guān)切換波形上升和下降的速度。除此以外,對(duì)平滑抑制電容的充電和放電過(guò)程還會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)狀態(tài)變換期間出現(xiàn)額外的開(kāi)關(guān)切換電流尖峰,這可在低頻區(qū)域引起新的EMI問(wèn)題。

當(dāng)使用了RC平滑抑制電路以后,應(yīng)當(dāng)確保要對(duì)電路的總功率損失進(jìn)行檢查。轉(zhuǎn)換器的效率是必然會(huì)下降的,這在開(kāi)關(guān)切換工作頻率很高和輸入電壓很高的時(shí)候表現(xiàn)尤甚。

RL緩沖抑制電路

一種不容易想到的抑制開(kāi)關(guān)回路振鈴信號(hào)的方法是在諧振電路上增加一個(gè)串聯(lián)的RL緩沖抑制電路,這種做法如圖11所示。添加此電路的目的是要在諧振電路中引入少量的串聯(lián)阻抗,但卻足夠提供部分抑制作用?;陂_(kāi)關(guān)切換電路的總阻抗總是很低的事實(shí),抑制電阻Rs可以用得很小,大概是1Ω或是更小的量級(jí)。電感Ls的選擇依據(jù)是能在比諧振頻率低的頻段提供很低的阻抗,實(shí)際上就是要在低頻段上對(duì)抑制電阻提供短路作用。由于振鈴信號(hào)的頻率通常總是很高,需要使用的電感也就可以很小,大概就是幾個(gè)nH的量級(jí),甚至可用幾個(gè)mm長(zhǎng)的PCB銅箔路徑代替,這樣做并不會(huì)導(dǎo)致明顯增加的環(huán)路面積。也有可能用很小的磁珠來(lái)替代這個(gè)電感,讓它和Rs并聯(lián)在一起。當(dāng)這么做的時(shí)候,這個(gè)磁珠應(yīng)在低于諧振頻率的低頻上具有很低的阻抗,同時(shí)還要具有足夠的電流負(fù)載能力,以便能夠承載輸入端的有效電流。

RL緩沖抑制電路最好是被放置在緊靠功率級(jí)的輸入節(jié)點(diǎn)上。RL抑制電路帶來(lái)的一個(gè)不足是它會(huì)在高頻區(qū)域?yàn)殚_(kāi)關(guān)回路引入一個(gè)阻抗,當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生快速變換的時(shí)候,切換中的電流脈沖會(huì)在電阻Rs上形成一個(gè)短時(shí)的電壓毛刺,從而在功率級(jí)的輸入節(jié)點(diǎn)上也出現(xiàn)一個(gè)小小的毛刺。假如輸入端的電壓毛刺使電壓變得太高或太低,功率級(jí)的開(kāi)關(guān)切換或IC的工作就會(huì)受到影響。因此,當(dāng)加入了RL緩沖抑制電路的時(shí)候,一定要在最大負(fù)載狀態(tài)下對(duì)輸入節(jié)點(diǎn)上的電壓毛刺情況進(jìn)行檢查,避免由此可能帶來(lái)的問(wèn)題發(fā)生。

6. 實(shí)戰(zhàn)案例

本章將示范在Buck轉(zhuǎn)換器的EMI設(shè)計(jì)中的不同方法所導(dǎo)致的影響。示范所使用的IC是RT7297CHZSP,一款800kHz工作頻率、3A輸出能力的電流模式Buck轉(zhuǎn)換器,采用PSOP-8封裝。測(cè)試中的電路工作在12V輸入下,輸出為3.3V/3A,測(cè)試所用電路顯示在圖12中。

測(cè)試所用的板子有兩個(gè)版本,一個(gè)具有完整的地銅箔層,一個(gè)沒(méi)有。板上設(shè)置了多種可選配置,如LC輸入濾波器,不同的輸入電容放置位置,可選的Rboot、RC緩沖電路和輸出端LC濾波器。具有這些不同選項(xiàng)的PCB設(shè)計(jì)顯示在圖13中。

測(cè)試設(shè)備的配置如圖14所示。

當(dāng)被測(cè)試對(duì)象被放在實(shí)驗(yàn)桌上時(shí),其PCB上的電流回路和導(dǎo)線就會(huì)向周圍環(huán)境輻射出高頻能量,這些輻射信號(hào)又會(huì)自己找到路徑返回到測(cè)試對(duì)象上,并以高頻共模電流的形式出現(xiàn)在供電線上。這些供電線上的高頻共模電流會(huì)和板上的電流結(jié)合在一起,可被用著輻射狀況的指示信號(hào)。

我們首先通過(guò)測(cè)量輸入線上的共模電流來(lái)對(duì)輻射噪聲做一次常規(guī)的檢查。

從圖17右側(cè)顯示的波形可以看到,共模電流是出奇地大,而且在很寬的整個(gè)頻段上都可看到。

我們可以用環(huán)形天線在PCB上方搜索輻射場(chǎng)以發(fā)現(xiàn)共模電流的源頭所在。當(dāng)環(huán)形天線移動(dòng)到輸入環(huán)路的上方時(shí),示波器在低頻至高達(dá)200MHz的頻段上顯示出巨大的輻射噪聲,參見(jiàn)圖18。

我們也同時(shí)看到開(kāi)關(guān)切換波形上出現(xiàn)很高的過(guò)沖和振鈴信號(hào),這些信號(hào)實(shí)際上已經(jīng)超過(guò)了IC的耐壓規(guī)格。這些狀況說(shuō)明錯(cuò)誤的輸入電容放置位置可以導(dǎo)致很高的輻射和巨大的振鈴信號(hào)。

假如將同樣的測(cè)試在背面為地線層的板子上進(jìn)行,我們將看到這種擁有地線層的大型CIN回路帶來(lái)的輻射要遠(yuǎn)低于單面板上的結(jié)果,開(kāi)關(guān)切換所帶來(lái)的振鈴信號(hào)也要低一些。參見(jiàn)圖19。

大回路上的電流形成的高頻磁場(chǎng)會(huì)在地線層里生成渦旋電流,由渦旋電流所形成的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向是相反的,從而可以抵消一部分原磁場(chǎng)。地線層離回路越近,抵消的效果就越好。

實(shí)驗(yàn)2 :將CIN靠近IC放置

我們繼續(xù)使用單面PCB,并將CIN放置到靠近IC的地方,這樣就形成了比較小的CIN回路。參見(jiàn)圖20。

開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的過(guò)沖和振鈴信號(hào)的幅度都降低了大約50%,輻射的強(qiáng)度下降了大約10dB,頻帶寬度擴(kuò)展到了300MHz。

上述實(shí)驗(yàn)最重要的結(jié)論是確認(rèn)了更好地放置CIN可以改善開(kāi)關(guān)切換波形上的過(guò)沖和振鈴信號(hào)的幅度,還能降低高頻輻射。

在RT7297CHZSP中,芯片底部的散熱焊盤是沒(méi)有和晶圓內(nèi)核連接在一起的,所以在PCB布局中將銅箔和散熱焊盤連接在一起并不能縮短CIN回路。它的上橋MOSFET和下橋MOSFET通過(guò)多根邦定線連接到VIN和GND端子,因而可以通過(guò)這兩個(gè)端子形成最短的回路。

實(shí)驗(yàn)3 :直接在IC的VIN端子和GND端子之間增加額外的10nF小電容

圖22顯示出了電容的放置方法,現(xiàn)在的CIN回路就通過(guò)IC的引腳、內(nèi)部的邦定線和0603規(guī)格的電容形成了。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,開(kāi)關(guān)切換波形上的過(guò)沖實(shí)際上已經(jīng)消失了,但還存在低頻的振鈴信號(hào)。

為了看清信號(hào),測(cè)試天線也不得不再靠近PCB一些,其結(jié)果顯示高頻噪聲已經(jīng)消失,但在大約25MHz的地方出現(xiàn)了一個(gè)大的低頻尖峰。

這種低頻諧振常因不同諧振回路中的兩只電容因并聯(lián)而發(fā)生諧振所導(dǎo)致,這種問(wèn)題常常發(fā)生在EMI問(wèn)題解決過(guò)程中,其回路和諧振都需要被定位才能排除。在此案例中,諧振發(fā)生在10nF電容和4nH的寄生電感上(大約3mm的導(dǎo)體長(zhǎng)度),它們形成了大約25MHz的諧振信號(hào)。此諧振回路由0603電容、IC引腳、邦定線和PCB銅箔路徑構(gòu)成,其長(zhǎng)度大約為3mm。

解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是在10nF小電容的旁邊并聯(lián)一個(gè)具有稍高ESR的22μF 1206電容。

采用經(jīng)過(guò)優(yōu)化了的CIN放置方法的PCB布局設(shè)計(jì)如下圖24所示。

采用了上述的方案以后,單面板上的開(kāi)關(guān)切換波形上的過(guò)沖已經(jīng)完全消失,經(jīng)環(huán)形天線檢測(cè)到的輻射噪聲也很低,它在經(jīng)過(guò)FFT運(yùn)算后得到的波形幾乎都在本底噪聲水平上。

假如我們?cè)谶@個(gè)時(shí)候再用高頻電流探頭對(duì)輸入線上的共模電流進(jìn)行測(cè)量,我們將可看到共模噪聲已經(jīng)下降很多。與第一次測(cè)量的結(jié)果相比,某些頻率上的差異多于30dB,說(shuō)明整個(gè)板子的輻射水平已經(jīng)很低了。

在電源輸入線上濾波

電源輸入線上的高頻電流由差模電流和共模電流構(gòu)成。對(duì)于共模電流,可以在PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)將具有高電流變化率dI/dt的電流環(huán)最小化予以消減。而差模電流則有不同的來(lái)源,我們可以如圖27那樣將正、負(fù)兩條線以不同方向穿過(guò)自制的電流探頭的磁芯來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

我們要測(cè)量的差模電流是由Buck轉(zhuǎn)換器的脈沖狀輸入電流在經(jīng)過(guò)輸入電容的時(shí)候由其ESR和PCB布局形成的ESL(假如存在的話)所導(dǎo)致的電壓下沉出現(xiàn)在輸入電容上而形成的,它最后呈現(xiàn)在電源輸入線上成為差模電流。

通過(guò)增加輸入電容可以降低差模電流,但更有效的做法是在輸入線上加入一個(gè)小型的LC濾波器,如圖28右側(cè)所示的那樣。

沒(méi)有輸入濾波器 添加10μF 1206 MLCC + 2A 0603磁珠(BLM18PG121SN1)作為濾波器 添加10μF 1206 MLCC + 1μH 1.5A 電感(LQH3NPN1R0)作為濾波器

正如從圖29中看到的那樣,添加磁珠 + 電容構(gòu)成的濾波器可濾除除800kHz基波以外的所有高頻成分,添加1μH電感 + 電容構(gòu)成的濾波器可消除包含基波在內(nèi)的所有差模噪聲。

在輸出線上濾波

當(dāng)對(duì)輸出端的差模信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí),我們能看到的高頻成分會(huì)比較少,這是因?yàn)檩敵鲭娏魇沁B續(xù)的,電流變化率不高。然而,我們?nèi)阅茉谄渲锌吹礁哌_(dá)30MHz左右頻率的低頻噪聲,這是由于轉(zhuǎn)換器中電感上的電流紋波經(jīng)過(guò)輸出電容傳遞到了輸出端成為輸出端上的差模電流,畢竟這些電容也含有ESR和ESL嘛。通過(guò)在輸出端添加額外的LC濾波器可以將大部分的差模信號(hào)濾除掉,這種濾波器可由磁珠和MLCC電容構(gòu)成,其方法如圖30所示。

測(cè)量3.3V輸出端差模信號(hào)的方法 沒(méi)有濾波器時(shí)的輸出 使用輸出濾波器(22μF 1206 MLCC + 0603 4A磁珠 BLM18SG700TN1)之后的結(jié)果

經(jīng)常發(fā)生的一件事情是某些電感的漏磁會(huì)耦合到輸出端的回路上,這也會(huì)造成輸出端差模電流的出現(xiàn)。

屏蔽電感的漏磁會(huì)比較低,其磁場(chǎng)信號(hào)不容易進(jìn)入輸出回路,但沒(méi)有屏蔽或是半屏蔽的電感就完全不一樣了。一旦遇到這樣的狀況,輸出回路的面積就必須最小化以使其不容易將電感的漏磁耦合進(jìn)去。

通過(guò)在自舉電路中串聯(lián)電阻和使用RC緩沖抑制電路消減振鈴信號(hào)

在此實(shí)驗(yàn)中,我們使用雙面PCB,輸入電容的放置位置如上面的實(shí)驗(yàn)2一樣,這樣的配置可以在輸入回路中引入比較明顯的輻射。

為了作為參照,首先在沒(méi)有Rboot和RC緩沖抑制電路的情況下對(duì)輸入線上的共模電流進(jìn)行測(cè)試。

開(kāi)關(guān)切換波形顯示出5V的過(guò)沖,過(guò)沖信號(hào)的振蕩頻率為238MHz;輸入線上的共模電流顯示出明顯的高頻噪聲。參考圖33。

RT7297C使用了相對(duì)比較小的上橋MOSFET (110mΩ),因而通過(guò)給自舉電路串聯(lián)小電阻的方法帶來(lái)的影響也很小。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),即使將Rboot加到20Ω也不能看到很明顯的波形改變,下圖所示的示波器圖形將電阻為0Ω時(shí)的波形(灰色)和添加了33Ω串聯(lián)電阻時(shí)的波形進(jìn)行了對(duì)比,可以看出過(guò)沖信號(hào)幅度降到了3V。這種改變對(duì)共模電流的影響也很小,在這種簡(jiǎn)易的測(cè)量中幾乎看不出來(lái)。

為了確定RC緩沖抑制電路的值,我們使用在第5章描述過(guò)的方法。

振鈴信號(hào)的原始頻率fRING = 238MHz,添加220pF電容后,fRING變成114MHz,所以CP = 220pF/3 = 73pF。

LP可由公式算得,其結(jié)果為L(zhǎng)P = 6.1nH。

RS可由公式進(jìn)行計(jì)算。我們選擇ξ = 0.5,于是RS = 9.1Ω,我們選擇其為8.2Ω。

CS應(yīng)為4xCP,所以是330pF。

沒(méi)有RC緩沖抑制電路的波形 加入RC緩沖抑制電路后的波形 加入RC緩沖抑制電路后的共模電流

增加RC緩沖抑制電路在高頻段可對(duì)共模電流帶來(lái)下降5dB的影響。

上升沿干凈無(wú)振鈴 下降沿沒(méi)有什么改變

由上圖可見(jiàn),Rboot對(duì)效率的影響比較小,但在負(fù)載很重的時(shí)候其影響會(huì)加大。

RC平滑抑制電路對(duì)效率的影響會(huì)比較大,特別是在輕載和中等負(fù)載的情況下,但最大也就1~2%,處于可以接受的范圍。需要特別注意的是,當(dāng)Buck轉(zhuǎn)換器的工作頻率很高和輸入電壓很高的時(shí)候,RC平滑抑制電路對(duì)效率的影響會(huì)很大。

7. BUCK轉(zhuǎn)換器PCB布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

做好Buck轉(zhuǎn)換器PCB布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在一開(kāi)始就要計(jì)劃好關(guān)鍵元件的放置位置。

在噪聲敏感的應(yīng)用中,最好是選擇小型封裝的、電感很低的晶圓倒裝芯片。

確定開(kāi)關(guān)切換回路的VIN和GND節(jié)點(diǎn)位置,將不同尺寸的輸入電容盡可能靠近這些節(jié)點(diǎn),最小的電容靠節(jié)點(diǎn)的位置要最近。由于這個(gè)切換回路承載了很高的電流變化率dI/dt,因而需要盡可能地小。

將輸出電容地放在不與輸入電容切換路徑發(fā)生重疊的地方,避免高頻噪聲串入輸出電壓中。

開(kāi)關(guān)切換節(jié)點(diǎn)和BOOT引腳含有很高的電壓變化率dV/dt,可導(dǎo)致嚴(yán)重的電場(chǎng)輻射,因而其銅箔面積應(yīng)當(dāng)保持最小化,還要避開(kāi)其它敏感電路。

轉(zhuǎn)換器的小信號(hào)部分應(yīng)當(dāng)與大功率的開(kāi)關(guān)切換部分分開(kāi),其地線應(yīng)當(dāng)位于干凈無(wú)噪聲的地方,千萬(wàn)不要將輸入端的電流信號(hào)和輸出端的紋波電流引入其中。

不要在關(guān)鍵回路上使用熱阻焊盤,它們會(huì)引入多余的電感特性。

當(dāng)使用地線層的時(shí)候,要盡力保持輸入切換回路下面的地層的完整性。任何對(duì)這一區(qū)域地線層的切割都會(huì)降低地線層的有效性,即使是通過(guò)地線層的信號(hào)導(dǎo)通孔也會(huì)增加其阻抗。

導(dǎo)通孔可以被用于連接退藕電容和IC的地到地線層上,這可使回路最短化。但需要牢記的是導(dǎo)通孔的電感量大約在0.1~0.5nH之間,這會(huì)根據(jù)導(dǎo)通孔厚度和長(zhǎng)度的不同而不同,它們可增加總的回路電感量。對(duì)于低阻抗的連接來(lái)說(shuō),使用多個(gè)導(dǎo)通孔是應(yīng)該的。

這種環(huán)形天線可以被連接到頻譜分析儀上,當(dāng)你使它在PCB上方移動(dòng)時(shí),你就可以看到哪里會(huì)有比較強(qiáng)的高頻磁場(chǎng)。你也可以把它連接到一臺(tái)示波器上(使用50Ω的端子),示波器上就可以顯示出相應(yīng)區(qū)域的切換噪聲水平。保持天線環(huán)和板子之間的相對(duì)位置和距離不變,對(duì)電路、PCB上的回路做出某些改變,你就可以知道噪聲水平在增加或是減少。

由于電源線的輻射對(duì)EMI水平的影響很大,你也可以測(cè)量這些線上的高頻電流。不是所有的電流探頭都有足夠的帶寬可以凸顯EMI問(wèn)題,這可通過(guò)將幾匝線圈穿過(guò)一個(gè)EMI鐵芯以形成一個(gè)高頻電流變壓器的方法來(lái)解決。其做法與環(huán)型天線的做法差不多,但需要將環(huán)形線圈3次穿過(guò)鐵芯。參見(jiàn)圖44。

現(xiàn)在將電纜穿過(guò)鐵芯就可以對(duì)其中的高頻電流進(jìn)行測(cè)量了,電流變壓器的輸出可以接入頻譜儀或是示波器(使用50Ω端口)。

為了將測(cè)試工具和測(cè)試對(duì)象隔離開(kāi),最好是在電纜上加一個(gè)共模線圈,這可通過(guò)將引入分析裝置的電纜多次穿過(guò)一個(gè)扣合式的EMI鐵芯來(lái)實(shí)現(xiàn)。

將電源線的正、負(fù)兩條線以同一個(gè)方向穿過(guò)鐵芯可測(cè)量其中的共模電流,顛倒其中一條線的方向則可測(cè)量差模電流。參見(jiàn)圖45。

另外一種手持式的工具是電流探測(cè)器,這是一種使用開(kāi)放式鐵芯的小型化電流變壓器,參見(jiàn)圖46。這種工具可用于測(cè)量銅箔路徑或元件引腳上的高頻電流。

這個(gè)工具在制作上會(huì)有一定的難度,你可以用一個(gè)有兩個(gè)孔的鐵氧體磁珠經(jīng)過(guò)打磨以后得到開(kāi)放式的鐵芯,再加上4~5匝線圈,然后再將其連接到同軸電纜即可。最好是將此鐵芯放在帶有開(kāi)口的屏蔽罩里。當(dāng)使用此工具的時(shí)候,你應(yīng)當(dāng)知道它也會(huì)撿拾到一些電場(chǎng)信號(hào)。為了分辨你測(cè)得的結(jié)果是來(lái)自于磁場(chǎng)還是電場(chǎng),你可以在路徑的上方將工具轉(zhuǎn)動(dòng)90°。如果測(cè)量的結(jié)果來(lái)自于磁場(chǎng),其結(jié)果就會(huì)變?yōu)?。如果信號(hào)來(lái)自于電場(chǎng),其結(jié)果就不會(huì)有什么改變。

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原文標(biāo)題:如何消除Buck轉(zhuǎn)換器中的EMI?高手經(jīng)驗(yàn)在此!

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