ZHDA339 October   2026 MSPM0G3105-Q1 , MSPM0G3106-Q1 , MSPM0G3107-Q1 , MSPM0G3505-Q1 , MSPM0G3506-Q1 , MSPM0G3507-Q1 , MSPM0L1227-Q1 , MSPM0L1228-Q1 , MSPM0L2227-Q1 , MSPM0L2228-Q1 , MSPM33C321A

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1简介
    1.     电路中的电磁场是如何产生的?
    2.     近场和远场电磁场
  5. 2电子设计中的常见 EMI 源
    1. 2.1 电阻器
      1. 2.1.1 等效串联电感 (ESL)
      2. 2.1.2 并联电容
      3. 2.1.3 对地寄生电容
    2. 2.2 电容器
      1. 2.2.1 等效串联电阻 (ESR)
      2. 2.2.2 等效串联电感 (ESL)
      3. 2.2.3 漏电电阻
      4. 2.2.4 电介质吸收(吸收效应)
    3. 2.3 电感器
      1. 2.3.1 直流电阻 (DCR)
      2. 2.3.2 寄生电容
      3. 2.3.3 磁芯损耗(磁寄生效应)
    4. 2.4 分立式元件 EMI 注意事项总结
    5. 2.5 设计缺陷
    6. 2.6 MCU 特定的来源
      1. 2.6.1 时钟电路和振荡器
    7. 2.7 其他常见来源
      1. 2.7.1 高速数字总线
      2. 2.7.2 I/O 输出切换
      3. 2.7.3 悬空元件
      4. 2.7.4 外部环境源
  6. 3更大限度减少 EMI 和优化电路板性能的缓解技术
    1. 3.1 电源电容器选型与布置
    2. 3.2 电容器放置
    3. 3.3 层堆叠优化
      1. 3.3.1 良好的堆叠特性
      2. 3.3.2 拼接和屏蔽优化技术
    4. 3.4 布线
    5. 3.5 无源 π 型滤波
    6. 3.6 屏蔽、接地和电缆边界
    7. 3.7 瞬态和 ESD 电流路径
  7. 4EMC 验证和故障排查
    1. 4.1 发射和抗扰度视为端口问题
    2. 4.2 预合规性测量工具套件
    3. 4.3 频率到结构的调试方法
    4. 4.4 解读常见频谱特征
    5. 4.5 集成设计审阅检查清单
  8. 5结语

电容器放置

另一个经常被忽视的优化因素是电容器的放置。图 3-3 中所示的优选放置方案具有三个电容器,其中值最低的电容器应尽可能靠近器件引脚,以降低寄生电阻并滤除更高频率的噪声。

每个电容器的接地连接都通过过孔连接到接地平面层,电容器的焊盘与过孔之间的布线非常短。这样做是为了更大限度地减小环路电感并抑制噪声,这些噪声可能是由可用作 EM 辐射器的较大环路导致。目标阻抗将瞬态要求转变为设计指标。如果负载电流变化为 ΔI,允许的电源轨电压偏差为 ΔV,则在相关带宽内,电源分配网络的阻抗必须保持低于 ΔV/ΔI。

将允许的电源轨电压偏差除以预期负载电流阶跃,可获得目标阻抗。在瞬态带宽内,PDN 的阻抗必须保持低于目标阻抗。

频率最高的电容必须尽可能靠近支持的引脚,并采用短而宽的连接,且电源和接地过孔必须相邻。大容量电容支持较慢的能量需求;局部小型封装电容支持快速边沿电流。嵌入式封装电容及紧密间隔的电源平面和接地平面可将响应扩展到更高的频率。

MSPM0 MSPM33 VIN 电容器放置示例布局图 3-3 VIN 电容器放置示例布局
表 3-1 电容器放置注意事项和 EMI 结果
放置选择电气效应EMI 结果
电容器放置在引脚旁,且过孔相邻环路较小且安装的 ESL 较低局部瞬态电流;减少平面激励
电容器通过长颈连接增加的电感可在高频下隔离电容电源轨反弹会扩散并激励共模电流
高噪声负载和低噪声负载共用狭窄的回流路径共用阻抗将电流转换为电压基准调制和跨域耦合
仅大容量电容器低频能量良好,边缘响应较差快速电流仍会穿过电路板

以下是去耦布局规则的总结:

  • 将最小值、最高频率的电容器放在最靠近其所支持 IC 电源和接地引脚的位置。
  • 为每个高速 IC 提供局部电源和接地过孔。避免在到达平面之前布线穿过长颈。
  • 当电容器提供平面对引脚电流时,应将接地过孔直接放置在电容器接地焊盘旁,并将电源过孔直接放置在电容器电源焊盘旁。
  • 只有在电容器的放置和寄生参数受到控制时,才使用多个电容值。在几十兆赫兹以上的频率范围内,放置不当的电容可能无关紧要。
  • 不要在噪声较大的负载和敏感模拟基准之间共用一个窄接地回路。共用阻抗会将电流转换为电压噪声。

大容量电容器可支持低频负载变化并防止电源轨压降,但不能取代紧密的高频旁路。在封装和过孔范围内,ESL 通常起主导作用。因此,对于边沿电流,一个靠近的 100nF 电容器可能性能优于放在几厘米之外的大容量电容。

开关功率级应进行特殊处理,因为它们结合了快速电压边沿、大电流、磁场和非线性器件。大多数稳压器 EMI 问题都源自几种覆铜形状:开关节点、热输入环路、栅极驱动环路和二极管/同步整流器环路。过孔拼接有助于限制磁场,但无法补偿较大的开关环路或像装饰标识那样覆铜的开关节点。

开关功率级将高 dv/dt、高 di/dt、非线性器件和磁性元件组合在一起,因此确定每种开关状态的换向环路非常重要。优先级最高的环路通常是输入陶瓷电容器经开关器件再回流到电容器的环路。开关节点是高 dv/dt 电场源;输入和整流器环路是高 di/dt 磁场源。

  • 将输入陶瓷电容器直接跨接在功率级电源引脚和回流引脚之间。
  • 保持开关节点覆铜面积不大于电流和热性能所需面积。
  • 将反馈和电流检测远离开关节点和电感器布线;在适当的情况下使用低噪声开尔文温度检测。
  • 使电机电流和循环路径远离逻辑电路和 ADC 回流电路。
  • 仅在识别谐振元件并验证器件应力后,才可使用缓冲器或栅极电阻调优。
  • 尽可能缩短从输入电容器到开关器件再回流的高 di/dt 输入环路。将输入电容器直接放置在功率级引脚上。
  • 在热性能和电流要求允许的情况下,尽可能缩小开关节点覆铜面积。请勿在开关节点下方或节点旁布设低噪声走线。
  • 当有助于将局部接地覆铜连接到基准平面并限制磁场时,可在转换器区域周围使用接地过孔壁。
  • 使反馈远离开关节点和电感器。应在预期的稳压点检测输出电压,而不是通过噪声较大的功率路径进行检测。
  • 对于电机驱动器,应将电源电流环路与控制环路和检测环路分开。确保电源接地区域拼接良好,但避免将电机电流注入逻辑/ADC 回路。