Problème EMI: sonnerie dans la configuration de l'alimentation à découpage (5V -> 3V3)

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Je travaille sur un appareil qui est en cours de test pour passer les émissions FCC partie B (CSRR 22) . Sous un angle et une polarisation (verticale), l'appareil tombe en panne car il a des émissions dans la gamme 100-200Mhz qui dépassent le seuil.

Le résultat du test montre deux pics caractéristiques à 145Mhz et 128Mhz . Une source de bruit de bande plus large est la sonnerie. La sonnerie a plusieurs composantes harmoniques.

Problème

Le PCB a 2 alimentations à découpage (SMPS) Il s'agit de puces Semtec TS30011 / 12/13. ( FICHE TECHNIQUE ) En y regardant de plus près, il y a une sonnerie sur la sortie de puissance (avant l'étage de l'inductance) SMPS 1 a un anneau à 145 MHz tandis que SMPS2 a un anneau à 128 MHz. Il convient de noter qu'ils ont des charges différentes sur eux. Leurs schémas sont identiques, leur mise en page est différente mais 80% identique.

  1. Quelles options de disposition dois-je avoir pour réduire le bruit EMI?
  2. Je suis en train d'ajuster l'épaisseur de la trace entrant dans l'inductance pour réduire la capacité parasite

Notez qu'il y a un GND pour qui n'est pas vu dans la disposition qui relie assez bien tous les bouchons

Je ne sais pas comment régler les composants du filtre pour réduire la sonnerie.

Résultats des tests (3M, Pol. Verticale)

Résultats des tests EMI

Schémas et disposition de 1

entrez la description de l'image ici Cela peut être résolu en plaçant un noyau de ferrite sur le câble d'alimentation entrant dans l'appareil, mais il s'agit d'une solution non optimale pour diverses raisons de coût et d'esthétique.

Mesures pré inducteur

entrez la description de l'image ici

Disposition des deux SMPS côte à côte

La référence à GND qui est cachée, la couche de puissance ci-dessous fournit Vin à 5-12V, elles sont chacune fixées à la sortie 3V3 SMPS côte à côte

pcb-design layout emc Kieran Duggan
la source
Vous parlez d'un noyau en ferrite sur le câble, pouvez-vous nous en dire un peu plus? Qu'est-ce qui est résolu exactement? En outre, votre disposition ressemble assez à celle suggérée par le fabricant, mais pourquoi les vias supplémentaires pour PGND là où se trouve la trace SW?
Vladimir Cravero
Les condensateurs de sortie semblent énormes avec environ 200 µF, vous devriez essayer avec seulement un 47uF ou deux 47uF. Qu'est-ce que le L11? Pourquoi avez-vous un deuxième inducteur série à la tension finale? Je pense que vous avez une sorte de goulot d'étranglement ici. Est-ce un filtre PI? Les zones oranges reposent sur une couche juste sous les inducteurs ou de l'autre côté?
zeqL
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+1 pour une question bien formée, mais pourquoi voulez-vous jouer avec le filtre de sortie? Le fait de mettre une pince en ferrite sur l'entrée d'alimentation améliore les choses, dit que c'est l'antenne, et quelque chose doit être fait du côté de l'entrée, ajoutant probablement une ferrite intégrée ou quelques décennies de capacité, ou une combinaison des deux.
Matt Young
Ces condensateurs de sortie sont énormes. Vous pourriez être bien sur le côté ascendant de la courbe esr. Avez-vous essayé de clouer un capuchon plus petit (0,1 uF) sur les condensateurs de sortie? Ajoutez également plus de vias des capuchons au sol. La masse via un condensateur va avoir une inductance décente. La fiche technique a les bouchons mis à la terre pour une coulée liée au sol avec 8 vias pour une raison.
Connor Wolf
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Le convertisseur de puissance a des broches de nœud Vin et de commutateur adjacentes. Le solide coulé sous eux couplera certainement un peu de bruit de commutation directement dans l'entrée (les paires de broches 1 et 2, 11 et 12 sont où chercher). C'est au moins un problème que j'ai vu par le passé.
Peter Smith

Réponses:

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Les nœuds de commutation sont très courts, ce qui est une bonne chose. Mais je ne comprends pas les talons sur les traces de l'inductance, vous devez les supprimer avec les deux vias GND supplémentaires. Ce n'est pas très utile.

Même s'il y avait une couche GND, je ne ferais pas passer les plans orange sous les inducteurs. Faites de même pour L1 que pour L2, rien sous l'inductance. Vous éviteriez tout couplage.

Je pense vraiment que les condensateurs de sortie sont trop élevés. Semtech recommande un 44µF typique et vous êtes à 200µF. Essayez de retirer le condensateur 150µF.

entrez la description de l'image ici

Essayez également d'augmenter les vias GND de C11, C62 et C10, C42, avec au moins 2 vias GND chacun, car si vous avez un courant de 3 A, il ne traversera que deux vias GND mais 6 vias de puissance. Idem pour le capuchon de découplage C4, essayez au moins 2 vias GND.

Edit: je ne comprends vraiment pas l'utilisation d'une perle de ferrite et d'un amortisseur à la fin d'un SMPS. Les FB sont plus utilisés pour empêcher un rail d'alimentation de renvoyer du bruit dans le rail d'alimentation principal, par exemple avec le rail d'alimentation PLL. Mais la tension après une inductance principale doit être dans la tolérance au bruit, en particulier pour un rail de 3,3 V.

Vous pouvez avoir une sonnerie due à une mauvaise utilisation de FB, regardez la fréquence de résonance LC sur ce papier d'Analog Devices: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html

zeqL
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Le design a la sonnerie classique sur le bord de commutation. La cause typique de la sonnerie est dans les inductances parasites dans les transistors de commutation, qui forment des circuits de réservoir parasites avec d'autres parasites. La sonnerie est causée par des fronts de commutation trop rapides. Il existe une belle note d'application 045 de Richtek qui contient plusieurs conseils sur la façon de réduire ou d'éliminer le problème.

Comme je peux également le voir, les schémas de référence du fabricant (et les cartes de test) incluent une diode "catch" (Schottky), qui manque dans la conception. Les parasites des diodes pourraient aider à stabiliser / amortir la sonnerie du côté du commutateur [même si la diode est facultative pour le convertisseur synchrone].

CLARIFICATION: La conception de référence du fabricant SEMTECH utilise PMED4030ER "en option", 115 diodes dans leur carte de test / démo, qui a 250 pF de capacité parasite à 1 V. La note 045 de Richtek sur les amortisseurs RC est arrivée à RC de l'ordre de 330pF / 9 Ohms pour supprimer la sonnerie. Il est donc très probable que la diode améliore à la fois l'efficacité du commutateur ET réduise la sonnerie.

Ale..chenski
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Il s'agit d'une partie synchrone. La diode n'est pas nécessaire.
Matt Young
Bien qu'il puisse être théoriquement inutile, mais pratiquement un redresseur Schottky parallèle réduit les pertes dans les transistors à effet de champ bas, comme expliqué dans ce livre blanc sous forme Fairchild / ON, fairchildsemi.com/technical-articles/… tandis que certains autres régulateurs SEMTECH (comme SC4620) mentionnent explicitement la diode Shcottky intégrée, les spécifications du circuit intégré TS3001x particulier ne mentionnent pas cette caractéristique importante.
Ale..chenski