布線指南：提高汽車電源性能、降低電磁輻射

2012-04-29 00:00:00

電子產品世界 2012年9期

摘要：使用高頻開關穩壓器時，好的汽車電源PCB布線可以提供更干凈的輸出，并且簡化EMI測試中的調試工作。本文以MAX16903/MAX16904開關穩壓器設計為例，介紹如何布線以獲得最佳性能，并降低輻射。

關鍵詞：汽車；DC-DC；電源；高頻汽車電源；2MHz電源

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.9.010

布線通用規則

（1）將輸入電容C3、電感L1和輸出電容C2形成的環路面積保持在最小。

（2）BIAS輸出電容（C4）盡可能靠近第13引腳（BIAS）和第14引腳（GND）放置，引腳和電容之間不要出現過孔。這是IC的模擬電源輸入，陰線上的任何電感都會在BIAS電源引入噪聲，從而增大LX輸出的抖動。

（3）使用盡可能短的引線。

優化AC-DC電流路徑

為了盡可能降低電磁輻射，MAX16903/MAX16904外圍元件的布局非常關鍵。電流躍變的路徑稱為交流路徑，出現在開關ON/OFF操作時。開關接通/斷開（ON/OFF）之后，電流路徑的電流為直流路徑。

交流路徑

MAX16903同步DC-DC轉換器的開關電流通路需要3個無源元件（C2、C3、L1），這三個元件對電磁輻射和器件性能的影響非常大。圖1、圖2給出了ON、OFF周期的電流路徑；圖3說明了出現最高di/dt的兩個電流路徑的差異。應優先考慮C3的布線，其次是L1和C2的布線。

自舉交流路徑

MAX16903/MAX16904 DC-DC轉換器使用了一個高邊DMOS管，要求在LX引腳（DMOS源極）產生高于5V的電壓。為了產生該電壓，需要在LX/BST引腳之間連接一個自舉電容（圖4），DMOS處于OFF期間，5V BIAS穩壓器對自舉電容C1充電；BIAS輸出還為誤差放大器供電。因此，須盡可能保持干凈（低噪）的BIAS，以免對誤差放大器造成負面影響，在C4和MAX16903/MAX16904之間保持盡可能小的電感，C4應盡可能靠近14腳（GND）和13腳（BIAS）放置，不要增加過孔。

擴頻

對于改善布線也無法通過用戶測試的情況，可以定制具有時鐘擴頻的MAX16903/MAX16904產品，具有擴頻功能的器件與標準版本的器件相比能夠使FM頻帶的噪聲降低15dB。

舉例：兩層PCB板布線，器件采用TSSOP封裝。圖5和圖6按照上述布線原則設計電路板，采用兩層板。

舉例：兩層板布線，器件采用TDFN封裝。圖7和圖8給出了一個兩層板的布線示例。

主電源濾波

主電源濾波非常重要，因為是進入模塊之前最后一個降低電磁輻射的機會。對于高頻開關穩壓器，如MAX16903，傳導輻射大多出現在FM頻段（76MHz～108MHz）。為了降低輻射，可以增加一個在此頻帶具有較高阻抗的鐵氧體磁珠，或者是諧振頻率大于108MHz的電感。

結論

針對開關穩壓器MAX16903（圖9）外圍元件的合理布局，有助于從源頭降低噪聲和電磁輻射，有助于節約項目評估階段的寶貴時間，簡化設計。

圖1 PMOS導通狀態下的OUT2電流路徑

圖2 DMOS導通狀態下的OUT2電流路徑

圖3 OUT2交流路徑的差別

圖4 自舉電容交流路徑