选择合适的多通道降压转换器PCB布局，可提供更好的 EMI 性能
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1.前言
设计人员通常在汽车系统中使用多个 DC/DC 降压转换器来支持多个电源轨。然而，在选择这些类型的降压转换器时有几个考虑因素。例如，我们需要为汽车信息娱乐系统/音响主机选择高开关频率 DC/DC 转换器（工作频率高于 2MHz）以避免干扰无线电 AM 频段，我们还需要通过选择相对较小的电感器来减小解决方案尺寸。此外，高开关频率 DC/DC 降压转换器还有助于降低输入电流纹波，以优化输入电磁干扰 (EMI) 滤波器的尺寸。
在汽车环境中，常常在重视散热和效率的区域采用开关稳压器来取代线性稳压器。此外，开关稳压器一般是输入电源总线上的第一个有源组件，因此对整个转换器电路的 EMI 性能有显著影响。
EMI 辐射有两种类型：传导型和辐射型。传导型 EMI 取决于连接到一个产品的导线和电路走线。既然噪声局限于方案设计中特定的终端或连接器，那么通过前述的良好布局或滤波器设计，常常在开发过程的早期，就可以保证符合传导型 EMI 要求。
然而，辐射型 EMI 却另当别论了。电路板上携带电流的所有组成部分都辐射一个电磁场。电路板上的每一条走线都是一个天线，每一个铜平面都是一个谐振器。除了纯正弦波或 DC 电压，任何信号都产生覆盖整个信号频谱的噪声。即使经过仔细设计，在系统接受测试之前，设计师也永远不会真正知道辐射型 EMI 将有多么严重。而且在设计基本完成以前，不可能正式进行辐射 EMI 测试。
然而，对于试图为汽车构建最新系统的主要汽车原始设计制造商 (ODM) 而言，遵守所需的 EMI 标准至关重要。要求非常严格，制造商必须遵守Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 等标准。在许多情况下，如果制造商不符合标准，汽车制造商将无法接受该设计。
因此，为 DC/DC 降压转换器选择布局是关键。优化大电流流经的电源回路对于实现良好的 EMI 性能非常关键。
2.如何在PCB布局中减少EMI
以 LMR14030-Q1 DC/DC 降压转换器为例，图 1 和图 2 显示了双通道降压转换器的两种不同印刷电路板 (PCB) 布局。红线显示了功率回路在布局中的流动方式。图1中电源回路的流向为U型，图2中为I型。这两种布局在汽车和工业应用系统中最为常见。那么哪个更好呢？
图 1：U 型布局
图 2：I 型布局
传导 EMI 细分为差模和共模类别，因为这两种模式的测量方式相似，但通过不同的方法进行控制。差模噪声源自电流变化率 (di/dt)，而共模噪声源自电压变化率 (dv/dt)。EMI 性能的关键在于如何使寄生电感尽可能小。
图 3 是降压稳压器的等效电路。大多数设计人员都知道如何使 Lp1、Lp3、Lp4 和 Lp5 尽可能小，但忽略了 Lp2 和 Lp6。与 I 型布局相比，U 型布局在 Lp2 和 Lp6 上的寄生电感较小。在 U 型布局中，当高端金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 导通时，更短的功率环路将有助于提高 EMI 性能。
图 3：降压稳压器等效电路
为了验证最佳布局是什么，测量 EMI 数据是必不可少的。图 4 和图 5 比较了传导 EMI。如我们所见，U 型布局的 EMI 性能优于 I 型布局的 EMI 性能，尤其是在高频下。
图 4：相移模式下的 U 型 EMI 性能
图 5：相移模式下的 I 型 EMI 性能
添加滤波器是提高 EMI 性能的有效方法。图 6 显示了一个简化的 EMI 滤波器，其中包括一个共模 (CM) 滤波器和一个差模 (DM) 滤波器。通常，DM 过滤小于 30MHz 的噪声，CM 过滤 30MHz 至 100MHz 的噪声。两个滤波器都会对需要限制 EMI 的整个频段产生影响。图 7 和图 8 比较了共模滤波器和差模滤波器的传导 EMI。U型布局可以通过CISPR 25 Class 3标准，但I型布局不能。
图 6：简化的 EMI 滤波器
图 7：使用 DM 和 CM 滤波器的 U 型 EMI 性能
图 8：使用 DM 和 CM 滤波器的 I 型 EMI 性能
如我们所见，U 型布局比 I 型布局实现了更好的 EMI 性能。选择合适的PCB布局就能起到良好的效果。
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