電源提示：接地層是開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲管理的關(guān)鍵要素

我最近的一個項目，用到了 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，但是輸出有個高頻尖峰導(dǎo)致系統(tǒng)異常。我首先查看了該部件的原理圖位置，所有必要的噪聲過濾都已到位。高質(zhì)量的輸入旁路電容正好位于動力傳動系中，正確的主波形緩沖器就位，輸出具有所需的高頻旁路電容。

幾年前，我處理了一個關(guān)于另一個集成 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的類似問題。我查看了主波形，它很干凈。輸入和輸出濾波均已到位，但即使示波器帶寬限制在 20MHz，輸出端也會出現(xiàn)較大的尖峰。

為了降低高頻尖峰和振鈴噪聲，建議采用有效方法實施應(yīng)用和芯片設(shè)計。首先，在終端負載上應(yīng)使用額外的LC濾波器或磁珠。通常，這會使輸出上的尖峰噪聲遠小于紋波噪聲，但會增加更高頻率的成分。其次，應(yīng)屏蔽SW和輸入節(jié)點的噪聲源或讓其遠離輸出側(cè)及敏感模擬電路，并且屏蔽輸出電感。精心布局和布線對設(shè)計很重要。第三，優(yōu)化開關(guān)穩(wěn)壓器的導(dǎo)通/關(guān)斷壓擺率，并盡量減小開關(guān)穩(wěn)壓器的寄生電感和電阻，從而有效降低SW節(jié)點噪聲。

在這兩種情況下，深入查看布局顯示了與我們的評估模塊 (EVM) 的不同之處。在這兩種情況下，所有層都有放置輸出電感器的切口。這樣做可能是為了防止電感器下方的渦流損耗。然而，在這兩種情況下，接地層的斷開都允許開關(guān)脈沖到達輸出端。在具有專用接地層的設(shè)計中，這些開關(guān)脈沖在輸出端會大大衰減。

對于具有四個或更多印刷電路板銅層的設(shè)計，我們的電源設(shè)計服務(wù)團隊的做法是將一層（通常是第 2 層）專用于接地層，不允許其他走線。我們還定位可能影響接地層的其他電位的饋通孔，以防止或最小化切口。圖 1 顯示了PMP9227 TI Designs 參考設(shè)計第 2 層接地平面，非接地饋通之間的間隔是為了確保它們之間的接地銅。在只有兩層的電路板上，目標(biāo)是將底層（盡可能多地）專用于接地層，并盡量減少該層上非接地走線的數(shù)量和長度。

圖 1：PMP9227第 2 層接地層

我比較了使用相同LM5119控制器和相似速度的主開關(guān)波形（約 5ns 上升/下降時間）的兩種設(shè)計。我用 52VDC 輸入和 8A 負載測試了這兩種設(shè)計。PMP9227 參考設(shè)計的V OUT為 16V，而沒有接地層的設(shè)計的 V OUT為 12V。圖 2 和圖 3 所示為采用針尖和針筒感應(yīng)且示波器帶寬設(shè)置為 200MHz 的輸出紋波。

紋波輸出：52V IN 12.3V OUT PCB 上的 8A 負載，無接地層：200MHz 帶寬測量

圖 2：不帶接地層的設(shè)計中的輸出紋波/噪聲 200 MHz 帶寬（12V 8A 關(guān)閉 52V IN）

紋波輸出：52V輸入16V輸出帶接地層的 PCB 上的 8A 負載：與圖 2 相同的 200MHz 測量

圖 3：具有接地層的PMP9227 參考設(shè)計中的輸出紋波/噪聲 200MHz 帶寬（16V 8A 關(guān)閉 52V IN）

圖 2 顯示了沒有接地層的設(shè)計中的輸出紋波，而圖 3 顯示了PMP9227 參考設(shè)計的輸出紋波。兩種波形顯示相同的開關(guān)頻率紋波，約為 30-40mV pp。但是，第一個設(shè)計中的尖峰為 530mV pp，而PMP9227 參考設(shè)計中的尖峰為 120mV pp 。

使用 20MHz 帶寬（未顯示）進行相同的測量，在沒有接地層的設(shè)計中產(chǎn)生了 140mV pp 的尖峰，而在PMP9227 參考設(shè)計中產(chǎn)生了 10-15mV pp 的尖峰。

對于較早遇到噪聲問題，標(biāo)準(zhǔn)做法已成為包括至少一個完全專用于接地的 PCB 層。從那時起，隨著眾多設(shè)計的出現(xiàn)，噪聲尖峰問題不再出現(xiàn)。