詳解低EMI DC/DC變換器PCB的設(shè)計(jì)

（文章來(lái)源：strongerHuang）

由于每個(gè)開(kāi)關(guān)電源都會(huì)產(chǎn)生寬頻帶噪聲，所以，想要將汽車(chē)電路板網(wǎng)絡(luò)中DC/DC變換器集成到汽車(chē)控制裝置中的同時(shí)，還能滿足汽車(chē)OEM的EMC標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)直是難上加難。通常，DC/DC變換器和其他高速電路的噪聲會(huì)通過(guò)有效天線路徑的連接電纜傳播輻射。為了阻斷這些潛在輻射路徑，就需要在每個(gè)電纜連接處過(guò)濾掉噪聲。因?yàn)橹挥性肼曉吹拇艌?chǎng)和電場(chǎng)沒(méi)有耦合到濾波器件或電纜中時(shí)，此種濾波才有效。

在近場(chǎng)環(huán)境中，場(chǎng)強(qiáng)的下降與距離平方的倒數(shù)成正比(1/d2)。因此，噪聲源、濾波器件和連接器之間必須有一個(gè)最小距離。但實(shí)際上，通常會(huì)根據(jù)機(jī)械尺寸提前定義好PCB尺寸和電纜連接器的位置。另外，在PCB的某些區(qū)域中，最大元器件的高度可能非常有限，還有可能無(wú)法雙面組裝。這時(shí)，需仔細(xì)布局元器件的位置和PCB走線 - 尤其針對(duì)汽車(chē)制造等高標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)。

為避免直接將DC/DC變換器中的電場(chǎng)磁場(chǎng)耦合進(jìn)連接器和電纜，電路請(qǐng)務(wù)必盡遠(yuǎn)離PCB連接點(diǎn)布置。距離或額外的屏蔽能降低電磁兼容濾波器、連接器和電纜的場(chǎng)強(qiáng)?？梢钥紤]用屏蔽代替距離！最好至少使用4層板、兩端貼片的PCB，這樣，DC/DC電路和濾波器件就可以放在板子的反面。其中，至少有一層應(yīng)為全部的GND，以便最大限度地降低噪聲源到濾波電路的交叉耦合。

在DC/DC電路必須非常靠近連接器的系統(tǒng)中，一定要在設(shè)計(jì)早期考慮好有效的屏蔽。散熱片有時(shí)也可以用于屏蔽。理想情況下，電感、帶功率MOSFET的DC/DC IC及其去耦電容都應(yīng)放在屏蔽層的下方。

在降壓變換器中，主要場(chǎng)源有：高di/dt環(huán)路（熱環(huán)路），由兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)和輸入電容組成，輻射寬帶磁場(chǎng)功率FET與電感之間的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，帶有強(qiáng)電場(chǎng)輻射電感，輻射電場(chǎng)和磁場(chǎng)交流磁場(chǎng)通過(guò)固體金屬區(qū)域屏蔽，允許感應(yīng)渦流。由于其高導(dǎo)電性，所以銅非常有效。PCB中返回固定電位的電位差路徑中的任何導(dǎo)體都能有效地屏蔽電場(chǎng)輻射。

任何高di/dt環(huán)路都會(huì)輻射與環(huán)路面積和電流幅度成比例的磁場(chǎng)。將輸入電容靠近兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)，并使用低阻抗連接，以最大限度地減小天線環(huán)路面積。為了進(jìn)一步減少來(lái)自該回路的磁場(chǎng)，需要在電源開(kāi)關(guān)處對(duì)稱(chēng)放置兩組電容。理想情況下，兩個(gè)回路中的峰值電流為原始值的一半，能將磁場(chǎng)降低至6 dB。而且兩個(gè)環(huán)路的方向相反，可以進(jìn)一步減少輻射磁場(chǎng)[1]。

在DC/DC電路的下一層中應(yīng)該有一個(gè)完整的GND區(qū)域，且間隔需小于100μm。在此鋪銅區(qū)域中，流過(guò)電路元器件和PCB走線的高di/dt電流會(huì)產(chǎn)生渦流。渦流與元器件側(cè)的原始電流相反，它們的磁場(chǎng)會(huì)抵消原始磁場(chǎng)。如果渦流能夠在最近的距離內(nèi)對(duì)元器件側(cè)的高di/dt回路電流進(jìn)行鏡像，則效果最佳。這可以減少來(lái)自PCB元器件側(cè)的磁場(chǎng)輻射。在理想情況下（超導(dǎo)、零距離且兩個(gè)環(huán)路完美匹配），輻射將被來(lái)自渦流的磁場(chǎng)抵消。

在DC/DC電路的下一層中應(yīng)該有一個(gè)完整的GND區(qū)域，且間隔需小于100μm。在此鋪銅區(qū)域中，流過(guò)電路元器件和PCB走線的高di/dt電流會(huì)產(chǎn)生渦流。渦流與元器件側(cè)的原始電流相反，它們的磁場(chǎng)會(huì)抵消原始磁場(chǎng)。如果渦流能夠在最近的距離內(nèi)對(duì)元器件側(cè)的高di/dt回路電流進(jìn)行鏡像，則效果最佳。這可以減少來(lái)自PCB元器件側(cè)的磁場(chǎng)輻射。在理想情況下（超導(dǎo)、零距離且兩個(gè)環(huán)路完美匹配），輻射將被來(lái)自渦流的磁場(chǎng)抵消。

頂層為輸入電容（CIN）、兩個(gè)功率FET連接VIN區(qū)域以及PGND區(qū)域（以紅色顯示），它們通過(guò)過(guò)孔連接到內(nèi)層。對(duì)于VIN路徑，過(guò)孔后面的元件必須為電感（例如1μH至2μH的線圈）。來(lái)自開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的高di/dt電流僅在CIN中流動(dòng)，并不在PCB上流動(dòng)。

PGND區(qū)域不直接連接到元件側(cè)的任何其他GND，只通過(guò)過(guò)孔連接到DC/DC模塊下的PGND區(qū)域（以藍(lán)色顯示）。這樣可以把高頻電流限制在在元件側(cè)，將噪聲與“外部世界”分開(kāi)。PCB至少一層應(yīng)該全是GND，以提供低阻抗的系統(tǒng)基準(zhǔn)。請(qǐng)記住，布局也是電路的一部分。

（責(zé)任編輯：fqj）