1.前言

眾所周知，印刷電路板 (PCB) 布局對于幫助減少來自 DC/DC 降壓或升壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 至關重要。這對于需要超低 EMI 的汽車應用至關重要，例如汽車網(wǎng)關模塊和雷達傳感器系統(tǒng)。

圖 1 的原理圖說明了同步降壓轉(zhuǎn)換器電路的兩個關鍵環(huán)路。最小化布局中的功率環(huán)路面積至關重要，因為它與寄生電感和相關的 H 場傳播成比例。

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

同樣重要的是圖 1 中所示的啟動電容器回路。一個可選的串聯(lián)啟動電阻器，指定為 R BOOT，控制高端 MOSFET 的開啟速度。啟動電阻會減慢柵極驅(qū)動電流曲線，從而降低 MOSFET 導通期間的 SW 電壓和電流壓擺率。另一種選擇是從 SW 到 GND 的 RC 緩沖器。當然，緩沖器和柵極電阻會增加功耗，導致 EMI 和效率之間的權衡。鑒于效率和熱性能也很重要，因此需要其他技術來減輕 EMI。

2.DC/DC 轉(zhuǎn)換器封裝和引腳設計

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在車身電子和ADAS 等高性能汽車應用中運行時的 EMI 性能進行了優(yōu)化。?他示意亮點高電流跡線（VIN，PGND，SW連接），對噪聲敏感的網(wǎng)（FB）和高的dv / dt電路節(jié)點（SW，BOOT）。

圖 2：具有 EMI 優(yōu)化封裝和引腳排列的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。包括一個兩級 EMI 輸入濾波器

（1）引腳排列

圖 2 中的轉(zhuǎn)換器IC的優(yōu)點是 VIN 和 PGND 引腳排列對稱且平衡。它使用兩個并聯(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 布局圖中標記為 IN1 和 IN2。 兩個具有 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，導致 H 場抵消，從而降低有效電感。為了進一步降低寄生電感，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）支持場自抵消效應。

圖 3：僅在 PCB 頂層布線的功率級布局

輸出電流環(huán)路也通過使用兩個陶瓷輸出電容 C O1和 C O2進行了類似的優(yōu)化，電感的每一側(cè)各一個。來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。

SW 引腳位于 IC 的中心，因此輻射電場被 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 的過孔不會出現(xiàn)在 PCB 的底部。這避免了在 EMI 測試期間電場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 封裝設計是尋求改善 EMI 特征的關鍵屬性。例如，TI 的HotRod?封裝技術使用引線框架倒裝芯片 (FCOL) 技術，該技術消除了功率器件引線鍵合，否則可能會導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。由于每個引腳都直接連接到引線框架，因此這種構(gòu)造方法可實現(xiàn)小型解決方案尺寸和薄型。從 EMI 的角度來看，與傳統(tǒng)引線鍵合封裝相比，HotRod 封裝降低了封裝寄生電感，從而大大降低了開關轉(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)測得的傳導發(fā)射。即使沒有 CM 扼流圈、緩沖器或金屬外殼屏蔽，結(jié)果也符合EN550255類汽車要求。

圖 5：符合 EN 550525 第 5 類限制的傳導發(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)換器在先進封裝和引腳設計方面表現(xiàn)出顯著提高的性能。轉(zhuǎn)換器封裝類型是減輕 EMI 的重要選擇標準，特別是因為它可以實現(xiàn)更低的寄生電感，從而最大限度地減少 SW 電壓振鈴。此外，精心設計的引腳分配可通過優(yōu)化的輸入電容器布局實現(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 ADAS 和車身應用的關鍵屬性。