EMI问题:开关模式电源布局中出现振铃(5V-> 3V3)


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我正在研究一种正在测试通过FCC B部分(CSRR 22)排放的设备。该设备在一个角度和极化(垂直)下发生故障,因为它的发射在100-200Mhz范围内,超过了阈值。

测试结果显示在145Mhz128Mhz处有两个特征峰。宽带噪声的一种来源是振铃。振铃具有多个谐波分量。

问题

PCB具有2个开关模式电源(SMPS),它们是Semtec TS30011 / 12/13系列芯片。(资料)仔细检查后,功率输出上有振铃(在电感级之前),SMPS 1的振铃频率为145MHz,而SMPS2的振铃频率为128Mhz。值得注意的是,它们承受的负载不同。它们的原理图是相同的,其布局有些不同,但80%相同。

  1. 我必须采用哪些布局选项来降低EMI噪声?
  2. 我正在忙于调整进入电感器的走线厚度以减少杂散电容

请注意,在布局中看不到GND浇注,将所有Caps很好地绑在一起

我不知道如何调整滤波器组件以减少振铃。

测试结果(3M,垂直方向)

EMI测试结果

原理图和布局1

在此处输入图片说明 可以通过将铁氧体磁芯放置在设备的电源电缆上来解决此问题,但是由于各种成本和美学原因,这不是最佳解决方案。

电感器前测量

在此处输入图片说明

两个SMPS彼此相邻的布局

所有关于GND的参考都是隐藏的,下面的电源层为Vin提供5-12V的电压,它们各自固定为输出3V3 SMPS彼此相邻


您说的是电缆上的铁氧体磁芯,能否详细说明一下?到底解决了什么?此外,您的布局看上去与制造商的建议非常相似,但是为什么在SW迹线所在的位置直接添加PGND的额外过孔呢?
弗拉基米尔·克拉韦罗

200 µF左右的输出电容器似乎很大,您应该仅使用一个47uF或两个47uF。什么是L11?为什么您要在最终电压下使用第二个串联电感器?我认为您在这里遇到瓶颈。是PI过滤器吗?橙色区域位于电感器下面还是另一侧?
zeqL

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+1是一个格式正确的问题,但是为什么要弄乱输出过滤器?在电源输入端放置一个铁氧体钳位会改善事实,那就是天线,并且需要在输入侧进行一些操作,可能会增加板载铁氧体或几十个电容,或两者兼而有之。
马特·杨

这些输出电容器很大。您可能会在esr曲线的上升侧上升。您是否尝试过在输出电容器两端加上一个较小的(0.1uF)电容?另外,从盖帽到地面添加更多的过孔。每个电容器的一个接地将具有相当大的电感量。数据表中的盖子接地是由于8个过孔而将其接地。
康纳·沃尔夫,

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电源转换器的Vin和开关节点引脚相邻。在它们下面的固体注入肯定会将一些开关噪声直接耦合回输入端(在引脚对1和2、11和12处可见)。这是我过去至少看到的一个问题。
彼得·史密斯

Answers:


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交换节点很短,这是一件好事。但是我不了解到电感走线上的存根,您应该删除它们以及两个额外的GND通孔。这不是很有用。

即使有GND层,我也不会使橙色平面进入电感器下方。对L1和L2进行相同的操作,但在电感器下不做任何操作。您将避免任何耦合。

我真的认为输出电容器太高。Semtech建议的典型值为44µF,而您的值为200µF。尝试卸下150µF电容器。

在此处输入图片说明

另外,尝试增加C11,C62和C10,C42的GND通孔,每个至少有2个GND通孔,因为如果您有3A电流,它将仅流过2个GND通孔,但流过6个电源通孔。与C4去耦电容相同,请尝试至少2个GND通孔。

编辑:我真的不明白在SMPS末尾使用铁氧体磁珠和缓冲器的情况。FB通常用于防止电源轨将噪声带回到主电源轨,例如PLL电源轨。但是,主电感之后的电压应在噪声容限之内,尤其是对于3.3V电源轨而言。

您可能由于未正确使用FB而产生振铃,请在此Analog Devices的论文中查看LC谐振频率:http : //www.analog.com/zh_CN/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html


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该设计在开关边缘具有经典的振铃音。产生振铃的典型原因是开关晶体管中的寄生电感,它们与其他寄生电容一起形成寄生振荡电路。振铃是由开关沿过快引起的。Richtek提供了一个很好的应用笔记045,其中包含有关如何减少或消除该问题的几个技巧。

正如我还看到的,制造商的参考原理图(和测试板)包括一个“捕获”(肖特基)二极管,该二极管在设计中没有。二极管寄生效应可以帮助稳定/抑制开关侧的振铃(即使二极管是同步转换器的可选器件)。

澄清:SEMTECH制造商的参考设计在其测试/演示板上使用了“可选的” PMED4030ER,115二极管,该二极管在1 V时具有250 pF的寄生电容。Richtek关于RC缓冲器的应用笔记045达到RC约为330pF / 9欧姆抑制振铃。因此,二极管很有可能同时提高开关效率和减少振铃。


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这是一个同步的部分。不需要二极管。
马特·杨

尽管这可能是不必要的理论上的,但实际上是一个平行肖特基整流器降低低侧FET的损失,如在本白皮书形式仙童/ ON,解释fairchildsemi.com/technical-articles/... 虽然一些其他SEMTECH调节剂(如SC4620)明确提及集成的Shcottky二极管,特定TS3001x IC的规格未提及此重要功能。
Ale..chenski
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