隱藏的 PCB 布局威脅——PCB 耦合

與 SMPS 相關的 EMC 原則通常要求設計人員密切注意 SMPS 布局中的兩個耦合因素，如圖 1 所示：

具有高 dv/dt 的電壓開關節(jié)點

“熱電流回路”，其中包含子系統(tǒng)中的 di/dt

圖 1.顯示降壓轉(zhuǎn)換器 di/dt 和 dv/dt 位置的示意圖。圖片（修改后）由Analog Devices提供

這里發(fā)揮作用的機制和風險是不需要的能量以電容 （dv/dt） 和電感 （di/dt） 耦合到系統(tǒng)的其他部分，或者更糟的是，以輻射和傳導發(fā)射的形式耦合到系統(tǒng)之外。

PCB 設計后期制作審查

深入研究該項目，我們將檢查LM22678 5A 轉(zhuǎn)換器（圖 2）的 PCB 布局，其中V輸入為 12 V（未顯示），V輸出為 5 V。這是一個非同步降壓轉(zhuǎn)換器，使用用于其低側開關元件的 B130L-13-F 肖特基二極管（是的，在您檢查之前 - 系統(tǒng)消耗的電流小于二極管的 1 A 額定值！ ）。

圖 2.非同步 LM22678 降壓轉(zhuǎn)換器 12 V 至 5 V 的原理圖。

限度地減少電容和電感耦合通常并不復雜，但很容易被忽視，從而導致排放測試失敗和上市延遲。在下面的圖 3 中，我們看到了用于非同步降壓穩(wěn)壓器的 TO-263 封裝布局，其中標識了電壓節(jié)點（紅色輪廓）和熱電流環(huán)路（黃色輪廓）。

圖 3.具有低側功率二極管的非同步降壓穩(wěn)壓器設計。

為清楚起見，電路板上的銅填充已被隱藏?？偟膩碚f，這種設計存在三個明顯的問題：

高 di/dt 環(huán)路比需要的大得多

沒有過孔連接 C IN 或 C OUT的 GND 節(jié)點（它們被地面澆注覆蓋）

交換節(jié)點可以更小

這些設計選擇的終效果意味著電流環(huán)路沒有得到很好的控制，并且由于平面之間沒有過孔，電流沒有明確的路徑返回源頭。

對于 EMC——（電氣）沉默是金

應用從 Hubing 博士的討論中收集的原則，可以在下面的圖 4 中看到改進后的布局。它具有優(yōu)化的電壓節(jié)點、更小的熱環(huán)路以及通過訪問每個無源組件的第 2 層參考平面。此外，初級 C OUT電容器也相對于原始設計旋轉(zhuǎn)了 90 度，從而降低了輸出軌上的噪聲風險。

圖 4.改進后的布局考慮了耦合機制。

通過在開關引腳和電感器之間移動低側二極管，我們可以更好地限制由高 dv/dt 耦合效應產(chǎn)生的潛在串擾噪聲。此外，通過減小熱回路幾何形狀，高 di/dt 磁場耦合的影響會降低。

盡管這些變化很小，但它們不需要額外的電路板空間或改組其他子系統(tǒng)。然而，通過將電流環(huán)路減少約 50% 并優(yōu)化電壓節(jié)點，無疑提高了系統(tǒng)合規(guī)性。

當您設計符合CISPR EMC 標準的商業(yè)產(chǎn)品時，每個 dBμV 都很重要，設計階段的微小變化可能意味著成功發(fā)布或錯過市場窗口之間的差異。