本帖最后由 qin552011373 于 2013-7-3 18:13 编辑
对于开关电源的噪声，除了芯片本身，Layout的设计最为重要，记录一些相关的技巧。不少关于EMI的观念具有通用性。下面我们谈谈关于开关电源设计的一些关键问题。 AC和DC电流路径 开关电源在导通和关闭两种状态下的电流回路不尽相同，于是在部分支路上会出现阶跃电流(step current)(图1. C)，这就是所谓需要关注的AC电流路径。 以PCB走线20nH/inch计算，典型buck converter的AC电流路径上电流变化大约是开关电源关闭转换时负载电流大小的1.2倍，是导通转换时负载电流的80%。高速场效应管的转换时间为30ns，Bipolar的转换时间为70ns;根据V=L*dI/dt，当转换时间(transition time)为30ns的1安培电流流过的一英寸走线将产生0.7V的电压，相同时间3安培两英寸走线就是4V!所以第一条准则便是：吝惜AC电流路径走线长度。 此外电源芯片的GND脚走线尽可能短以防止出现“地弹”(ground bounce)，输入电容位置应靠近芯片。 元件要“扎堆” 最大的遗憾是不能把元件重叠起来，因此究竟先考虑哪个元件就十分重要了。 准则一：输入端的两个电容Cin和Cbypass。 输入端电容的作用是抑制输入电压的波动。输入电压的波动主要来自电源开关时的脉冲输入电流，Bulk电源的输出电流较平整(LC串联电路);Boost电源的情况正好相反，输入电容电流平整，脉冲电流进入输出电容。原文还提及了Buck-Boost或“flyback”(回扫)，Cuk(据说这种是理想的DC-DC转换器，不存在所谓AC电流路径，输入输出全是平整电流，没玩过L)等电源，其输入输出电容上的电流状况取决于各自的拓扑结构。 在开关电源导通的瞬间，大部分脉冲电流来自Cbypass，其余部分主要来自Cin，只有那些缓慢变化的电流才来自DC输入电源。因此输入电容实际为芯片提供了脉冲电流源，如果输入电容的ESR和ESL太高会造成不必要的高频输入电压纹波，我们看到这句话千万不可理解为要无限加大输入电容，由开关频率(100K-260K)产生的自然输入电压纹波不在考虑范围，俺们考虑的是在转换瞬间频率为10MHz-30MHz噪声，特别的对于高速开关电源(这里的高速和开关的频率并无多大关系，而是指开关的转换时间，FET速度快于Bipolar)，将一个0.1uF-0.47uF的贴片电容Cbypass尽可能靠近芯片，Bulk电容Cin个头大，可以距离稍远(一英寸)。 准则二：Cbypass电容和开关电源芯片亲密接触! 环流二极管(catch diode，有时也用MOS管)的位置也至关重要，它和芯片的连线是开关电源最为活跃的地区，处理不好的走线电感会在输出方波信号上叠加毛刺电压。 准则三：环流二极管紧贴IC，连接IC的SW pin以及GND pin形成一个紧凑的回流路径。如果已经遇到了毛刺电压，可以加一个RC缓冲器(RC snubber)吸收走线寄生电感引起的噪声，位置也必须靠近IC的开关脚和地脚，典型的R值为10ohm-100ohm，C值为470pF-2.2nF(电容值过大会造成不必要的功率损耗，1/2*C*V2*f)。
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