EMI 문제 : 스위치 모드 전원 공급 장치 레이아웃에서 울림 (5V-> 3V3)

FCC Part B (CSRR 22) 방출 을 통과하기 위해 테스트중인 장치를 연구하고 있습니다. 한 각도 및 분극 (수직)에서이 장치는 임계 값을 초과하는 100-200Mhz 범위의 방출을 갖기 때문에 실패합니다.

테스트 결과는 145Mhz 및 128Mhz 에서 두 개의 특성 피크를 보여줍니다 . 더 넓은 대역 잡음의 원인 중 하나가 울립니다. 링잉에는 여러 고조파 성분이 있습니다.

문제

PCB에는 2 개의 스위치 모드 전원 공급 장치 (SMPS)가 있습니다. 이들은 Semtec TS30011 / 12 / 13 시리즈 칩입니다. ( DATASHEET ) 자세히 살펴보면 전원 출력에 링잉이 발생합니다 (인덕터 단계 이전). SMPS 1의 링은 145MHz이고 SMPS2의 링은 128Mhz입니다. 그것들에 다른 하중이 있다는 것을 주목할 가치가 있습니다. 그들의 회로도는 동일 하지만 레이아웃은 약간 다르지만 80 %는 동일합니다.

EMI 노이즈를 줄이려면 어떤 레이아웃 옵션을 사용해야합니까?
부유 커패시턴스를 줄이기 위해 인덕터로가는 트레이스 두께를 조정하는 중입니다.

모든 Caps를 상당히 잘 묶는 레이아웃에는 보이지 않는 GND 쏟아짐이 있습니다.

링잉을 줄이기 위해 필터 구성 요소를 조정하는 방법에 대한 손실이 있습니다.

테스트 결과 (3M, 수직 설문 조사)

1의 회로도 및 레이아웃

이것은 페라이트 코어를 장치로 들어가는 전원 공급 케이블에 놓아서 해결할 수 있지만 다양한 비용과 미적인 이유로 비 최적 솔루션입니다.

프리 인덕터 측정

서로 인접한 두 SMPS의 레이아웃

숨겨지는 GND에 대한 모든 실행 참조, 아래의 전원 계층은 Vin을 5-12V로 공급하고 각각 3V3 출력으로 고정됩니다.

pcb-design layout emc

— 키어런 두간
소스

케이블에서 페라이트 코어에 대해 이야기하고 있습니다. 정확히 해결되는 것은 무엇입니까? 또한 레이아웃은 제조업체가 제안한 것과 매우 비슷해 보이지만 왜 SW 트레이스가있는 곳에 PGND를위한 추가 비아가 필요한가?

— 블라디미르 Cravero

출력 커패시터는 약 200 µF에서 크게 보이므로 하나의 47uF 또는 두 개의 47uF로 시도해야합니다. L11은 무엇입니까? 왜 최종 전압에 대한 두 번째 직렬 인덕터가 있습니까? 여기에 병목 현상이 있다고 생각합니다. PI 필터입니까? 오렌지색 영역은 인덕터 바로 아래 또는 반대편에있는 층에 앉아 있습니까?

— zeqL

잘 구성된 질문에 +1하지만 왜 출력 필터를 망치고 싶습니까? 전원 입력에 페라이트 클램프를 장착하면 안테나가 개선되고 입력 측에서 무언가를 수행해야하는데, 온보드 페라이트 또는 수십 년간의 정전 용량 또는이 둘의 조합을 추가해야 할 수도 있습니다.

— 매트 영

그 출력 커패시터는 엄청납니다. 당신은 esr 곡선의 상승 측면에 잘있을 수 있습니다. 출력 커패시터에서 더 작은 (0.1uF) 캡을 시도해 보셨습니까? 또한 캡에서지면까지 비아를 더 추가하십시오. 커패시터 당 하나의 접지는 적절한 인덕턴스를 갖습니다. 데이터 시트에는 캡이 8 개의 비아로지면에 연결된 타설로 접지되어 있습니다.

— 코너 울프

전력 변환기에는 Vin 및 스위치 노드 핀이 인접 해 있습니다. 그 아래의 견고한 쏟아짐은 스위칭 노이즈를 입력에 바로 결합시킵니다 (핀 쌍 1 및 2, 11 및 12는 볼 위치입니다). 그것은 내가 과거에 본 적어도 하나의 문제입니다.

— 피터 스미스

답변:

스위칭 노드는 매우 짧으며 좋은 것입니다. 그러나 인덕터 트레이스의 스텁을 이해하지 못하므로 두 개의 추가 GND 비아와 함께 삭제해야합니다. 이것은별로 유용하지 않습니다.

GND 레이어가 있더라도 주황색 평면이 인덕터 아래로 이동하지는 않습니다. 인덕터 아래에는 L2와 동일하게 L2와 동일하게 수행하십시오. 커플 링을 피하십시오.

출력 커패시터가 너무 높다고 생각합니다. Semtech은 일반적인 44µF를 권장하며 200µF입니다. 150µF 커패시터를 제거해보십시오.

또한 각각 2 개 이상의 GND 비아로 C11, C62 및 C10, C42의 GND 비아를 증가 시키십시오. 3A 전류가있는 경우 2 개의 GND 비아, 6 개의 비아를 통해서만 흐르기 때문입니다. C4 디커플링 캡과 동일하며, 최소 2 개의 GND 비아를 사용해보십시오.

편집 : 나는 SMPS의 끝에서 페라이트 비드와 스 너버의 사용을 정말로 이해하지 못한다. FB는 파워 레일이 예를 들어 PLL 파워 레일과 같이 메인 파워 레일로 소음이 다시 들어오는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 그러나 주 인덕터가 제거 된 후의 전압은 특히 3.3V 레일의 경우 잡음 허용 범위 내에 있어야합니다.

FB를 잘못 사용하여 벨소리가 울릴 수 있습니다.이 아날로그 장치 논문에서 LC 공진 주파수를 확인하십시오 . http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html

— zeqL
소스

-2

이 디자인은 스위칭 에지에서 고전적인 울림을 가지고 있습니다. 링잉의 전형적인 원인은 다른 트랜지스터와 함께 기생 탱크 회로를 형성하는 스위치 트랜지스터의 기생 인덕턴스에있다. 링잉은 너무 빠른 스위칭 에지로 인해 발생합니다. Richtek 의 멋진 애플리케이션 노트 045 에는 문제를 줄이거 나 제거하는 방법에 대한 몇 가지 팁이 있습니다.

또한 알 수 있듯이 제조업체의 기준 회로도 (및 테스트 보드)에는 "캐치"(Schottky) 다이오드가 포함되어 있으며 설계에서 누락되었습니다. 다이오드 기생은 스위치 측의 링잉을 안정화 / 댐핑하는 데 도움이 될 수 있습니다 [다이오드가 동기식 컨버터에 옵션 임에도 불구하고].

설명 : SEMTECH 제조업체의 레퍼런스 디자인은 테스트 / 데모 보드에 "옵션"PMED4030ER, 115 다이오드를 사용하며 1V에서 기생 용량이 250pF입니다. RC 스 너버에 대한 Richtek appnote 045는 330pF 정도의 RC에 도달했습니다. / 9 Ohms로 울림을 억제합니다. 따라서 다이오드가 스위처 효율을 개선하고 링잉을 줄일 수 있습니다.

— Ale..chenski
소스

이것은 동기 부분입니다. 다이오드는 필요하지 않습니다.

— 매트 영

이론적으로 불필요 할 수도 있지만,이 백서 형태 페어차일드 / ON에서 설명한 바와 같이 실질적으로 평행 쇼트 키 정류기는, 로우 사이드 FET의 손실을 줄일 수 있지만 fairchildsemi.com/technical-articles/... 동안 일부 다른 셈 테크 조절기 (SC4620)을 통합 Shcottky 다이오드를 명시 적으로 언급하는 경우 특정 TS3001x IC의 사양은이 중요한 기능을 언급하지 않습니다.

— Ale..chenski