ZHCADE3 November   2023 DP83TC812R-Q1 , DP83TD510E , DP83TG720R-Q1 , LMK1C1103 , LMK1C1104 , LMK5B12204 , LMK6C

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2电源
    1. 2.1 内部电源轨
    2. 2.2 外部电源线
    3. 2.3 PoDL 的要求
    4. 2.4 计时
      1. 2.4.1 拓扑 1
      2. 2.4.2 拓扑 2
  6. 3总结
  7. 4参考资料

外部电源线

不知何故,您总是需要向系统馈电,这意味着您需要有一条连接到系统的电缆。如果您的系统在该电缆上产生噪声,它将开始辐射。因此,应使该线路尽可能干净。通常,您会在这条线上看到第一个直流/直流转换器产生的所有噪声,在上面的示例中是 24V 至 5V 降压稳压器,外加一些用于寻找输入路径的噪声(通常是更高的频率)。

通常情况下,您在这里看到的噪声具有一些来自直流/直流的较低频分量(例如开关频率加谐波)以及高频分量。通常,使用 Pi 滤波器 L3、C42 和 C44 可以有效消除低频器件,如图 2-4 中所示。在这里,您必须小心一点,以避免构建会使情况变得更糟的谐振回路,因此有损耗的铝电容器(具有显著的 ESR)是一个不错的选择。Power Stage Designer 提供了滤波器设计器,可以在这方面提供帮助。(POWERSTAGE-DESIGNER)

高频元件可以忽略该滤波器,并使用该电感器的寄生电容通过滤波器。因此,添加铁氧体磁珠也很有用,这可以降低两三位数 MHz 范围内的噪声。

最后,还可能有一些共模噪声,您无法通过这种方式消除,但直接在输入连接器上添加额外的共模扼流圈可以减少这种噪声。

如果确实需要这些措施来通过 EMI 一致性测试,但很难提前进行判断,最好将其用在第一个 PCB 上,如果不需要,您可以在最终产品中将其移除。使用电流钳位,您可以测量在线路上看到的噪声是共模噪声还是差模噪声。

GUID-20231108-SS0I-0JS8-WG6Q-17HN5WT91JPK-low.svg图 2-4 外部电源

对于此类滤波器的布局,布局可被简化为三个级:高频滤波器、低频滤波器和共模噪声滤波器。

对于高频滤波器(铁氧体磁珠),类似的规则适用于内部电源轨。您希望将噪音保持在产生之处,而不是让它传播到各处。这和以前一样,通过将铁氧体磁珠放置在靠近噪声源的位置来实现。图 2-5 展示了在布局中的实现方式。

降压转换器在输入侧产生的噪声总是比输出侧更多,而对于升压转换器,由于拓扑 LC 组合的原因,情况恰恰相反。所以降压转换器需要有一个滤波器,从其输入电容器中汲取快速上升电流,该电流已进行了大量滤波,尤其是在较低频率下,但在较高频率下无法实现太多滤波。从频域来看,噪声包含开关频率、所有谐波以及由寄生电容和电感引起的噪声。由于上升时间设计得尽可能快(以减少开关损耗),谐波最高可达三位数的 MHz。例如,具有 1MHz 开关频率的降压转换器的上升时间为几纳秒级,从而产生几个 100MHz 的噪声频谱。由于寄生串联电感开始生效,4.7µF 的输入电容器在该频率下的阻抗已大于 100mΩ 阻抗。铁氧体磁珠可以很好地确保其远离电力线。

此外,您需要继续使用直流/直流转换器的一般设计规则,否则铁氧体磁珠也救不了您。

GUID-20231108-SS0I-QPB3-M9HH-3C7DJXQF2DFR-low.svg图 2-5 直流/直流滤波器布局

第二步,前面提到的滤波器消除了很多高频噪声,但基本开关频率和一些谐波仍然留在线路上。原理图中所示的 π 型滤波器可以提供帮助。放置位置不再那么重要,因为我们要考虑较低的频率。图 2-6 中显示了滤波器,尝试尽量减少从输入到输出的电容耦合,并以电流通过电容器的方式连接电容器。

GUID-20231108-SS0I-Q7NR-9BMR-XVCTHKZCZDR7-low.svg图 2-6 π 型滤波器布局

图 2-6 中还显示了共模扼流圈。共模扼流圈应降低所有共模噪声,这意味着两条电力线上的所有噪声都是相同的。这通常是更高频率的噪声,会以容性方式耦合到电源平面中,并从该平面耦合到电源布线。由于它源自接地平面,因此有必要切断共模扼流圈所在的这个平面以及连接器的布线。否则,共模扼流圈的影响是可以降低的。

表 2-1 是一个用于验证原理图和布局的快速检查清单。

表 2-1 原理图和布局检查清单
原理图 布局
IC 上的每个电源引脚至少有一个电容器(例如,以太网 PHY)?
靠近 IC 的铁氧体磁珠选项(例如,以太网 PHY)?
从 IC 到电容器的布线应尽可能短? 不适用
IC 上的电容器的顺序是否正确? 不适用
铁氧体磁珠放置在正确的位置? 不适用
在降压稳压器输入端使用铁氧体磁珠的电源?
铁氧体磁珠是否靠近降压稳压器的输入电容器? 不适用
电源输入端的 π 型滤波器?
输入连接器处的共模扼流圈?
下方没有 GND 平面的共模扼流圈? 不适用