从噪声回路看布线要点-Jun-10-2011

黄敏超博士,从噪声回路看布线要点,1,电路不能工作？音频噪声？输出不稳？电路保护总是误动作？输出纹波不正常？高频噪声从哪里来的？效率低？开关波形尖峰大？EMI性能超出ClassB的限值？,头疼的噪声,2,噪声回路与布线要点,分析噪声回路采取措施抑制噪声面对布线要点冲突总结,3,常见的反激式(Flyback)变换器拓扑；原边功率回路副边功率回路钳位吸收回路驱动回路辅助绕组回路原边控制回路副边控制回路,分析噪声回路,4,原边功率回路原边晶体管开通和关断时，产生高频的di/dt和dv/dt回路1。回路1中Ids_Q1的电流主要成份是变压器原边电流IL，高频电流经电容C2、变压器原边、晶体管Q1、和采样电阻RS。Ids_Q1=IL+?，还有哪些回路的电流耦合到回路1中？,Ids_Q1,IL,分析噪声回路,5,副边功率回路原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt回路2。回路2的副边整流二极管D2的反向恢复电流Irr_D2/n会耦合到回路1中。Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+？，（“n”为变压器匝比),Irr_D2,Irr_D2/n,Ids_Q1,分析噪声回路,6,IL,钳位吸收回路原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt回路3。回路3中的钳位二极管D1的反向恢复电流Irr_D1会加入到回路1中。Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+？,Ids_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,分析噪声回路,7,IL,驱动回路原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt回路4。回路4中的原边晶体管Q1的驱动电流Igs_Q1也会加入到回路1中。Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+？,Ids_Q1,Igs_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,分析噪声回路,8,IL,Irr_D3,辅助绕组回路原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt回路5。回路5中辅助绕组D3的反向恢复电流Irr_D3也耦合到回路1中。Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+Irr_D3,Ids_Q1,Igs_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,Irr_D3*n1/n,分析噪声回路,Irr_D3,9,IL,反激式变换器中的噪声；原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt的5个回路。回路1中包含了5个回路直接或耦合过来的电流。处理好这些回路的布线是解决噪声问题的关键。,Ids_Q1,Igs_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,Irr_D3*n1/n,Irr_D3,采取措施抑制噪声,IL,10,常见的抑制噪声措施单点接地，避免回路间耦合；利用高频电容，缩小高频回路面积；通过布线，进一步地减小高频噪声；通过布线，尽量减小接地阻抗；,采取措施抑制噪声,11,单点接地，避免回路间耦合关注最敏感的控制回路；控制回路、驱动回路，采样回路与功率回路的单点接地；辅助绕组回路的单点接地。,采取措施抑制噪声,Ids_Q1,Igs_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,Irr_D3*n1/n,Irr_D3,IL,12,单点接地，避免回路间耦合控制回路、驱动回路，采样回路与功率回路的单点接地；,采取措施抑制噪声,13,利用高频电容，减小回路面积通过高频电容C2、C8、C5和C7，减小回路1、2、3和5的面积；,Ids_Q1,Igs_Q1,Irr_D2,Irr_D1,Irr_D2/n,Irr_D3*n1/n,Irr_D3,采取措施抑制噪声,14,通过布线，进一步减小高频噪声通过布线尽量地缩小高频回路面积；有利于减小高频回路的噪声。,采取措施抑制噪声,大的回路面积,小的回路面积,15,通过布线，进一步减小高频噪声通过布线尽量地缩小高频回路面积；(布线实例）有利于减小高频回路的噪声。,采取措施抑制噪声,16,通过布线，进一步减小高频噪声尽量利用大面积的铺地，减小高频噪声；多层板布线，尽量用专门一层作为地平面；有利于减小高频噪声。,采取措施抑制噪声,双面板,地平面,四层板,地平面,双面板,17,通过布线，尽量减小接地阻抗良好的接地线宽度必须100mil；100mil地线宽度只能作为电气接地；地线尽量避免过孔连接，或避免通过单一过孔连接；,采取措施抑制噪声,18,通过布线，尽量减小接地阻抗过孔的寄生参数：寄生电容和寄生电感寄生电容,注：T为板厚，为板材的介电常数，D2为阻焊区直径，D1为过孔焊盘直径。,采取措施抑制噪声,19,通过布线，尽量减小接地阻抗过孔的寄生参数：寄生电容和寄生电感寄生电感,采取措施抑制噪声,注：h为过孔的长度，d为钻孔直径。,20,通过布线，尽量减小接地阻抗过孔的寄生电感对接地阻抗造成的影响远大约寄生电容。,采取措施抑制噪声,21,Fs=100MHzZL=2FsL=0.64ZC=1/(2FsC)=0.0002,通过布线，尽量减小接地阻抗考虑过孔的阻抗特性和PCB工艺，尽量避免打单一的过孔；通过打多个过孔降低过孔引起的阻抗，提高PCB质量；尽量避免地线通过过孔连接；如果不可避免，尽量通过多个过孔，尽量加大钻孔直径。,采取措施抑制噪声,22,通过布线，尽量减小接地阻抗大面积敷铜用隔热带与焊盘连接；为散热而敷铜，避免不对称性引起的PCB变形；敷铜与SMT器件两端焊盘应该保证散热对称性；,采取措施抑制噪声,23,噪声与安规噪声与结构噪声与热噪声与工艺噪声与可检测性噪声与可维修性,面对布线要点冲突,24,抑制噪声必须从噪声回路着手；布线必须关注