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电源板PCB EMC评审不过,老师傅说存在大量的EMC问题和隐患

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发表于 2024-8-17 10:35:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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随着新能源智能网联技术的发展,汽车设计中不再是常规的12V系统,一方面380V等高压出现,另一方面在集成电路中1.3V等更低压出现。同时设计过程中电源芯片不再只使用LDO,Buck和Boost电源的使用增多。从而电源的emc设计显得越来越重要,本文将一某电源PCB板为例,分析电源PCB板设计中常见问题,希望抛砖引玉,为各位解决电源模块的EMC问题提供一些思路。
  T" `0 }2 x$ G% Q' }" Z9 |  u5 c* f# i设计问题:
1 p8 o3 y) k: H$ X- g: O! v/ h某硬件工程师设计完成的电源板PCB,如下图所示。本板在进行EMC设计评审时发现存在大量的EMC问题和隐患,需要进行改版,否则将面临着极大的EMC风险。从这个layout各位能看出哪些问题呢?不妨在留言中写出来。
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4 J4 ^6 O* _* a1 R6 L
问题一 接口滤波器件离接口太远7 Y0 U" K0 G) @+ V. c! ?

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$ M9 H" L1 W( Q  [# h- ]* I' G  q: B4 _
影响:如图所示,因为滤波电路离接口太远,经过滤波的电源信号可能受到PCB中其他信号的干扰,造成二次污染。另外一方面,外部进来的干扰因为没有经过端口的滤波,可能会直接影响PCB中的其他信号,产生抗干扰问题。
6 l) Z) L" S, T; Y问题二 接口滤波器件未垂直成列布置" F- v' J0 L2 M, B3 v' }

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  p: {4 {% B( s; G' R% S* P( T* C7 E6 C
影响:如图所示,因为接口滤波电路未垂直成列布置,比如第一路的电源已经经过滤波了,到了接口处应该是很干净的信号了,但是如上图所示的Layout,很有可能第二路的干扰又耦合到第一路了。" i. z1 w6 Z7 Y8 `/ t' ~
问题三 电源滤波器件未布置在一起
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2 r" P! X4 q" S# ~# f
影响:电源滤波是组合拳,不是单靠某一个器件来实现的。为了达到很好的滤波效果,原理图设计时需要模块化,Layout设计时也需要模块化。
5 ]5 i! i7 l0 U问题四 开关电源输入输出回路太大
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影响:辐射干扰的产生一般是因为回路太大,电流无法快速的流回去,而通过辐射发射出去。在电源Layou设计时应尽量减小电源回路,较小对外干扰,同时回路小,也可以减小串扰的可能性。/ [& E6 w5 F& I3 C- A
设计思路:: n# Z+ u( u$ n/ F# ?( F* R- f+ p
对于开关电源板在PCB布线时,总的思路是控制好输入整流滤波环路、功率环路、输出整流环路、输出滤波环路的回路面积,环路要小,布线要短!' ]: ~+ a2 B0 a) \! M

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; Q2 @' s3 h3 S- t: Z% `整改设计:
! t5 d+ g+ X; U6 E, R& U; A. D优化后重新设计的PCB如下图。9 y. M7 g+ g5 {6 @8 x* G4 [1 i

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1 i- r8 m% ?9 Y% ]  x
EMC Layout设计要点, b2 d. d: y8 D# D! Z, @
敏感信号远离大电流信号,特别是频率信号,且不要平行走线。
; b' T% {) Z- ?" Z% A  p7 o/ ]电流回路走线尽量小。( Q+ T2 N/ h# V! G8 n# E; I( h8 ?
模拟地、功率地需要分开,可以通过过孔或者星型点连在一起。: d  O3 p: C5 E
多路IC供电,可以并联单点接地,减少串扰。7 \; j# B4 O( w8 C- ]# f/ I6 y7 v1 m
控制回路与功率回路分开。
& x! ~9 M5 C# f1 `2 c8 e3 e9 Y6 L去耦电容需要靠近IC电源Pin放置。9 t, ?4 S  `) t% W
电源做好多阶滤波,较小电容靠近芯片Pin。
+ f4 |& \7 s; ?# N! h# B防反、钳位保护的器件靠近连接器放置。
% t/ w- ~0 l% F. }6 U  {' ]做好高压地低压地的隔离设计。
0 O$ x+ s  ~3 j注意安规走线的间距。
2 O: e+ X+ W% N+ o8 w对于高速信号还需要考虑电源阻抗、谐振、直流压降的影响。8 w4 ^+ c' ~' \: \
[/ol]电源是EMC设计中的老大难问题,做好电源EMC设计非一朝一夕之功。只好在电路设计中做好滤波考虑,在Layout设计中处理好细节,才能做好EMC性能好的电源。0 B  T1 |5 u/ l% h

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! c; T. D, }5 I. n$ `, R8 i3 M& ~声明:+ r. I: }- w. G6 d* a
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