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[参考译文] TPS63070:EMI 问题

Guru**** 1956055 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS63070
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1382671/tps63070-emi-concerns

器件型号:TPS63070

工具与软件:

尊敬的 TI:

如果您遇到我们基于 TPS63070芯片的 PSU 设计遇到的问题、我们今天给您写信、希望向您寻求帮助。

设计概述

我们的 PSU 设计利用 TPS63070芯片将来自电池电源(4V 至6V)的输入电压转换为4.8V (负载约为3.5W)的稳定输出电压。

EMI 问题

我们观察到、在升压模式下运行时、PSU 会产生更高水平的辐射发射。 为缓解此 EMI 问题、我们尝试了以下措施:

添加缓冲器:虽然不是我们电池供电应用的理想解决方案、但我们尝试在设计中添加缓冲器。 这在升压模式下使辐射发射有所改善、但在降压/升压转换点附近产生的影响极小。

4层 PCB:我们还过渡到了4层 PCB、以改进布局和信号完整性。 这同样导致在升压模式下降低了一些 EMI、但并未解决降压/升压转换点附近的问题。

此外、我们注意到、在输入端添加电解电容器(3300uF)时、所有输入电压下的辐射发射都略有增加。

EMI 评估

我们使用放置在屏蔽盒附近的 ISM 频段收发器的 RSSI 值来评估辐射发射的相对水平。

请求协助

鉴于 EMI 持续存在、尤其是在降压/升压转换点附近、请协助您确定和实施有效的 EMI 缓解策略。

我们重视您的专业知识、并期待您在解决此 EMI 问题时及时作出响应和提供指导。

感谢您投入宝贵的时间给予大力支持。

此致、
Maksym

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    尊敬的 Maksym:

    感谢您伸出手、您能在此处将您的原理图和顶层与丝印共享吗?  更好地与输入连接器分享屏幕截图、它可以帮助我更好地了解噪声耦合的路径。

    现在、我对输入和输出电容器的位置感到困惑。 这对于解决 EMI 问题非常重要。

    在您的操作中、添加缓冲器、添加哪个开关节点?  L1或 L2、或者两者都是?

    此致

    TAO

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    您好、Tao、

    比较

    3D 视图

    我们使用各种缓冲器配置进行了实验、在将2.2nF 电容器和2R 电阻器连接 到 开关节点 L2的情况下获得了最佳结果。 但是、我们仍然观察到降压/升压边界处的噪声显著增加(Vin≈Vout)。

    此致、
    Maksym

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    尊敬的 Maksym:  

    如果我的怀疑是正确的、EMI 问题是高频的、可能在100Mhz 左右、对吧? 或者、请告诉我测试中的这个频率超出了标准。

    更好的是、您可以将以前执行的测试总结到一张幻灯片中。

    此致

    TAO

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    尊敬的 TAO:

    感谢您的及时响应。  

    该问题确实存在于低于1GHz 频率。 如前所述、我们已观察到收发器的 RSSI 性能下降。 为了进一步说明这一点、我们附上了测试结果、比较了未使用缓冲器时和连接在 L2上的缓冲器时的性能。

    此致、
    Maksym

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    尊敬的 Maksym:

    您是否可以尝试根据以下设置再次执行测试?

    • 拆下所有1500uF 电容器。
    • 将最靠近器件的1uF 电容器替换为10uF 电容器、也许您可以找到相同封装的10uF 电容器。

    最好是一步一步地进行测试、看看每个步骤会发生什么。

    实际上、布局还不够好、因为功率级的一些电流必须穿过过孔、这会导致一些尖峰、还会导致功率级的大型环路。 但就目前而言、我认为我们对此什么也不能做。

    此致

    TAO

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    您好、Tao、

    以下是您请求的测试结果(无缓冲器)。 如果没有1500uF 电容器、情况会有所改善。


    我们遵循了 slyp680中的布局建议。

    如果您提供适当的建议、我们愿意修改我们的设计、因为获得良好的 RSSI 值对我们很重要。

    此致、
    Maksym

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    尊敬的 Maksym:

    感谢您的测试、 因为这两个步骤没有太大帮助。 我们 必须 回到 EMI 的基本原理、 找到噪声源和噪声的传导路径。

    噪声源部分、由于它是 HF 噪声、我认为它应该是以下一项或全部:

    • 从一个相位切换到另一个相位期间具有高 di/dt 噪声。 在升压模式下、仅两相、BOE (升压通电)和 BOD (升压断电)。 在降压/升压模式下、存在四个相位:BOE 和 BDE、以及 BUE  (降压通电)和 BUD (降压断电)。 该器件可通过 RC 缓冲器或具有更高电感的电感器进行优化(以减少电感器的峰值电流)。 此外、良好的布局也会有所帮助、更小的电源回路区域以及更好的 EMI 穿孔。
    • 开关期间具有高 dU/dt、与 di/dt 类似。 可通过 RC 缓冲器和另一个电感器对其进行优化。 此外、良好的布局也应该有帮助、与 di/dt 的差异在此提供的良好布局有助于减少寄生电感器、并优化 dU/dt 信号的耦合路径。
    • 一些 HF 振荡。 此时应该有很多种振荡、例如相位转换期间或每个 PFM 开关阶段结束时的振荡。 您的实际测试负载是多少? 器件是否可以在 PFM 模式下工作?

    噪声耦合路径部分。

    • 部分的功率耗散。 则应采用空间耦合。 在没有 屏蔽层的情况下我们无法切断这个耦合路径。 如前所述、我们只需减弱噪声源、减小面积和降低峰值电流即可。
    • 对于高 dU/dt 器件、应采用 PCB 耦合空间耦合。 因为当高 dU/dt 信号穿过布线时、周围将存在一些高频电磁场。  
    • 对于   HF 振荡、应与高 dU/dt 信号相似、因为高 dU/dt 只是由不同频率的 正弦波组成。

    本例。

    下面只能根据当前的布局执行以下操作。

    • 尝试使用不同的 RC 缓冲器、我的意思是使用较小的电阻器、例如1Ohm;如果 Tj 是可接受的(未触发 OTP)、则为0Ohm。  
    • 尝试另一个电感较高的电感器。 但确保不会发生环路稳定性问题。

    以重新设计布局。 如果无法根据当前布局解决问题、就必须尝试这样做。 那么、我认为最好让 WebEx 会议进行讨论。

    此致

    TAO

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    您好、Tao、

    在不同输入电压下对4层电路板进行了重复测试:
    步骤1:初始 BOM
    第2步:C31=2.2nF、R24=2R
    第3步:C31=2.2nF、R24=1R
    第4步:c31=2.2nF、R24=1R、L=2.2uH

    正如我之前提到的、这么大的缓冲器对于我们来说并不理想、因为它会将效率降低5%。
    注意:在几天前的一条消息中,我意外地发送给您一个2层板上的缓冲器测试结果。

    此致、
    Maksym

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    尊敬的 Maksym:

    结果确实超出了我的预期。

    既然明天会有 Webex 会议、那就让我们详细讨论一下吧。

    此致

    TAO

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    尊敬的 Maksym:

    我要先关闭该主题、如果您还有其他问题、我们可以再次打开该主题。

    此致

    TAO

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    您好、Tao、

    我们已经没有剩余问题了。  
    非常感谢您的支持。  
    此致、
    Maksym
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    尊敬的 Maksym:

    谢谢,我发送了一个朋友的请求。 希望您不用担心就可以接受它。

    此致

    TAO

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