Проблема электромагнитных помех: Звонок в режиме переключателя питания (5В -> 3В3)

11

Я работаю над устройством, которое проходит тестирование для прохождения излучения FCC часть B (CSRR 22) . При одном угле и поляризации (по вертикали) устройство выходит из строя, так как имеет выбросы в диапазоне 100-200 МГц, которые превышают пороговое значение.

Результат теста показывает два характерных пика при 145 МГц и 128 МГц . Один источник более широкополосного шума звонит. Звон имеет несколько гармонических составляющих.

проблема

На плате установлено 2 блока питания с переключаемым режимом (SMPS). Это микросхемы серии Semtec TS30011 / 12/13. ( ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ) При более тщательном осмотре на выходной мощности слышен сигнал (до каскада индуктивности) SMPS 1 имеет кольцо на 145 МГц, в то время как SMPS2 имеет кольцо на 128 МГц. Стоит отметить, что они имеют разные нагрузки на них. Их схемы идентичны, их расположение несколько отличается, но на 80% одинаково.

  1. Какие варианты компоновки я должен уменьшить шум EMI?
  2. Я занят настройкой толщины следа, идущего в индуктор, чтобы уменьшить паразитную емкость

Обратите внимание, что есть GND заливка, которая не видна в макете, который довольно хорошо связывает все колпачки

Я в недоумении от того, как отрегулировать компоненты фильтра, чтобы уменьшить звон.

Результаты тестов (3M, вертикальный опрос)

Результаты испытаний EMI

Схема и макет 1

введите описание изображения здесь Эту проблему можно решить, поместив ферритовый сердечник на кабель питания, идущий в устройство, однако это неоптимальное решение по разным причинам стоимости и эстетики.

Предварительные измерения индуктора

введите описание изображения здесь

Расположение обоих SMPS рядом друг с другом

Полное обращение к GND, которое скрыто, уровень питания ниже обеспечивает Vin на 5-12V, каждый из которых прикреплен к выходу 3V3 SMPS рядом друг с другом

Киран Дугган
источник
Вы говорите о ферритовом сердечнике на кабеле, можете ли вы уточнить немного? Что именно решается? Кроме того, ваш макет выглядит очень похоже на предложенный производителем, но почему дополнительные переходы для PGND прямо там, где трассировка SW?
Владимир Краверо
Выходные конденсаторы кажутся огромными с 200 мкФ, вы должны попробовать только одну 47 мкФ или две 47 мкФ. Что такое L11? Почему у вас есть индуктор второй серии до конечного напряжения? Я думаю, у вас есть какое-то узкое место здесь. Это пи-фильтр? Оранжевые области лежат на слое под индукторами или на другой стороне?
ZeqL
4
+1 за правильно сформированный вопрос, но почему вы хотите возиться с выходным фильтром? Тот факт, что ферритовый зажим на входе питания улучшает положение вещей, говорит о том, что это антенна, и что-то нужно сделать на стороне входа, возможно, добавив бортовой феррит или пару десятков емкости, или их комбинацию.
Мэтт Янг
Эти выходные конденсаторы огромны. Вы могли бы быть вверх по восходящей стороне кривой esr. Вы пробовали просто прикрепить меньшую (0,1 мкФ) крышку к выходным конденсаторам? Кроме того, добавьте больше переходов от заглавных букв к земле. Одно заземление через конденсатор будет иметь приличную индуктивность. Таблицы данных имеют заглушки, заземленные для заливки с помощью 8 переходных отверстий.
Коннор Вольф
1
Преобразователь мощности имеет смежные контакты Vin и узла переключателя. Твердый поток под ними определенно соединит некоторый шум переключения прямо на вход (пары выводов 1 и 2, 11 и 12 - то, что нужно искать). Это как минимум одна проблема, которую я видел в прошлом.
Питер Смит

Ответы:

3

Коммутационные узлы очень короткие, и это хорошо. Но я не понимаю заглушки на следах индуктора, вы должны удалить их вместе с двумя дополнительными переходами GND. Это не очень полезно.

Даже если бы там был слой GND, я бы не стал делать оранжевые плоскости под индукторами. Сделайте то же самое для L1, что и для L2, ничего под индуктором. Вы бы избежали любой связи.

Я действительно думаю, что выходные конденсаторы слишком высоки. Semtech рекомендует типичный 44 мкФ, и вы на 200 мкФ. Попробуйте снять конденсатор 150 мкФ.

введите описание изображения здесь

Также попытайтесь увеличить сквозные переходы GND C11, C62 и C10, C42, по крайней мере, с 2 переходами GND каждый, потому что если у вас есть ток 3A, он будет проходить только через два GND переходов, но 6 переходов питания. То же самое для развязывающего колпачка C4, попробуйте как минимум 2 GND.

Редактировать: я действительно не понимаю, использование ферритового шарика и демпфера в конце SMPS. FB чаще используются для предотвращения попадания шума на шину питания, например, с шиной питания PLL. Но напряжение после любого главного индуктора должно быть в пределах помехоустойчивости, особенно для шины 3.3 В.

Вы можете звонить из-за неправильного использования FB, посмотрите резонансную частоту LC на этой бумаге Analog Devices: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html

zeqL
источник
-2

Дизайн имеет классические звуки на грани переключения. Типичная причина звона в паразитных индуктивностях в транзисторах переключения, которые образуют цепи паразитного резервуара вместе с другими паразитами. Звон вызван слишком быстрым переключением краев. Есть хорошая заметка о применении 045 от Richtek, в которой есть несколько советов о том, как уменьшить или устранить проблему.

Как я также вижу, эталонные схемы производителя (и тестовые платы) включают в себя диод «Шоттки», который отсутствует в конструкции. Паразитные диоды могут помочь стабилизировать / демпфировать звон на стороне переключателя [даже если диод не является обязательным для синхронного преобразователя].

ПОЯСНЕНИЕ: эталонный дизайн изготовителя SEMTECH использует «опциональный» PMED4030ER, 115 диодов в своей тестовой / демонстрационной плате, который имеет паразитную емкость 250 пФ при 1 В. Приложение Richtek 045 о демпферах RC пришло к RC порядка 330 пФ. 9 Ом для подавления звонка. Таким образом, вполне вероятно, что диод может улучшить как эффективность коммутатора, так и уменьшить звон.

Ale..chenski
источник
4
Это синхронная часть. Диод не нужен.
Мэтт Янг
Хотя это может быть теоретически ненужным, но практически параллельный выпрямитель Шоттки снижает потери в полевом транзисторе, как объясняется в этом документе в форме Fairchild / ON, fairchildsemi.com/technical-articles/…. В то время как некоторые другие регуляторы SEMTECH (как SC4620) если упомянуть встроенный диод Шоттки, в спецификациях для конкретной микросхемы TS3001x эта важная функция не упоминается.
Ale..chenski