1.前言

眾所周知，印刷電路板 (PCB) 布局對(duì)于幫助減少來(lái)自 DC/DC 降壓或升壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 至關(guān)重要。這對(duì)于需要超低 EMI 的汽車(chē)應(yīng)用至關(guān)重要，例如汽車(chē)網(wǎng)關(guān)模塊和雷達(dá)傳感器系統(tǒng)。

圖 1 的原理圖說(shuō)明了同步降壓轉(zhuǎn)換器電路的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)路。最小化布局中的功率環(huán)路面積至關(guān)重要，因?yàn)樗c寄生電感和相關(guān)的 H 場(chǎng)傳播成比例。

圖 1：簡(jiǎn)化的同步降壓轉(zhuǎn)換器原理圖，其中包含針對(duì) EMI 確定的關(guān)鍵環(huán)路和跡線

同樣重要的是圖 1 中所示的啟動(dòng)電容器回路。一個(gè)可選的串聯(lián)啟動(dòng)電阻器，指定為 R BOOT，控制高端 MOSFET 的開(kāi)啟速度。啟動(dòng)電阻會(huì)減慢柵極驅(qū)動(dòng)電流曲線，從而降低 MOSFET 導(dǎo)通期間的 SW 電壓和電流壓擺率。另一種選擇是從 SW 到 GND 的 RC 緩沖器。當(dāng)然，緩沖器和柵極電阻會(huì)增加功耗，導(dǎo)致 EMI 和效率之間的權(quán)衡。鑒于效率和熱性能也很重要，因此需要其他技術(shù)來(lái)減輕 EMI。

2.DC/DC 轉(zhuǎn)換器封裝和引腳設(shè)計(jì)

圖 2 提供了60V同步降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖，其引腳排列和封裝均針對(duì)在車(chē)身電子和ADAS 等高性能汽車(chē)應(yīng)用中運(yùn)行時(shí)的 EMI 性能進(jìn)行了優(yōu)化。?他示意亮點(diǎn)高電流跡線（VIN，PGND，SW連接），對(duì)噪聲敏感的網(wǎng)（FB）和高的dv / dt電路節(jié)點(diǎn)（SW，BOOT）。

圖 2：具有 EMI 優(yōu)化封裝和引腳排列的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。包括一個(gè)兩級(jí) EMI 輸入濾波器

（1）引腳排列

圖 2 中的轉(zhuǎn)換器IC的優(yōu)點(diǎn)是 VIN 和 PGND 引腳排列對(duì)稱(chēng)且平衡。它使用兩個(gè)并聯(lián)的輸入回路，從而有效地減少了一半的寄生回路電感。這些環(huán)路在圖 3 所示的 PCB 布局圖中標(biāo)記為 IN1 和 IN2。 兩個(gè)具有 0402 或 0603 外殼尺寸的電容器，指定為 C IN1和 C IN3, 盡可能靠近 IC 放置，以配置最小輸入環(huán)路區(qū)域。循環(huán)電流產(chǎn)生相反的磁矩，導(dǎo)致 H 場(chǎng)抵消，從而降低有效電感。為了進(jìn)一步降低寄生電感，PCB 層 2 上 IN1 和 IN2 環(huán)路下方的返回電流的連續(xù)接地層（緊鄰頂層電源電路下方）支持場(chǎng)自抵消效應(yīng)。

圖 3：僅在 PCB 頂層布線的功率級(jí)布局

輸出電流環(huán)路也通過(guò)使用兩個(gè)陶瓷輸出電容 C O1和 C O2進(jìn)行了類(lèi)似的優(yōu)化，電感的每一側(cè)各一個(gè)。來(lái)自輸出的兩條平行接地返回路徑將返回電流一分為二，有助于減輕輸出噪聲和接地反彈效應(yīng)。

SW 引腳位于 IC 的中心，因此輻射電場(chǎng)被 IC 兩側(cè)相鄰的 VIN 和 PGND 引腳屏蔽。GND 平面銅屏蔽將 IC 的 SW 引腳連接到電感器端子的多邊形澆注。單層 SW 和 BOOT 布局意味著具有高dv/dt 的過(guò)孔不會(huì)出現(xiàn)在 PCB 的底部。這避免了在 EMI 測(cè)試期間電場(chǎng)耦合到參考接地平面。

（2）封裝

與優(yōu)化的引腳排列相結(jié)合，DC/DC 轉(zhuǎn)換器 IC 封裝設(shè)計(jì)是尋求改善 EMI 特征的關(guān)鍵屬性。例如，TI 的HotRod?封裝技術(shù)使用引線框架倒裝芯片 (FCOL) 技術(shù)，該技術(shù)消除了功率器件引線鍵合，否則可能會(huì)導(dǎo)致更高的封裝寄生電感。將 IC 倒置，并將IC 上的銅柱直接焊接到引線框架上。由于每個(gè)引腳都直接連接到引線框架，因此這種構(gòu)造方法可實(shí)現(xiàn)小型解決方案尺寸和薄型。從 EMI 的角度來(lái)看，與傳統(tǒng)引線鍵合封裝相比，HotRod 封裝降低了封裝寄生電感，從而大大降低了開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換期間的噪聲和振鈴。

圖 4：引線鍵合 QFN (a) 和 HotRod FCOL (b) 封裝結(jié)構(gòu)比較

圖 5 顯示了圖 3 中電路在 150kHz 至 108MHz 范圍內(nèi)測(cè)得的傳導(dǎo)發(fā)射。即使沒(méi)有 CM 扼流圈、緩沖器或金屬外殼屏蔽，結(jié)果也符合EN550255類(lèi)汽車(chē)要求。

圖 5：符合 EN 550525 第 5 類(lèi)限制的傳導(dǎo)發(fā)射結(jié)果：150kHz 至 30MHz – 包括 LW、MW、SW 和 CB 頻段 (a)；30MHz 至 108MHz – 包括 VHF、TV 和 FM 頻段 (b)

3.結(jié)論

新一代電源轉(zhuǎn)換器在先進(jìn)封裝和引腳設(shè)計(jì)方面表現(xiàn)出顯著提高的性能。轉(zhuǎn)換器封裝類(lèi)型是減輕 EMI 的重要選擇標(biāo)準(zhǔn)，特別是因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更低的寄生電感，從而最大限度地減少 SW 電壓振鈴。此外，精心設(shè)計(jì)的引腳分配可通過(guò)優(yōu)化的輸入電容器布局實(shí)現(xiàn)更好的 PCB 布局。最終，所需的 EMI 濾波器具有更小的占地面積和更低的總成本——這是汽車(chē) ADAS 和車(chē)身應(yīng)用的關(guān)鍵屬性。