IoT製品におけるDC-DCコンバーターのEMIを抑制するためのいくつかの技術

このリチウムイオンバッテリーは、安定した電力を提供するためにスイッチングレギュレータに接続されている可能性が高いです。

さまざまなソースからのIoTデバイスのEMI感受性を抑制することは、新製品が設計通りに動作することを保証する上で重要です。同様に、EMC規制に準拠させたい場合、IoT製品は不要な放射を制限するべきです。次の製品からの放射EMIのさまざまなソースの中で、デバイス自体内のEMIも信号および電力の整合性の問題を防ぐために制御されるべきです。

IoTデバイスの電源は、特にMHzスイッチング周波数で一般的に動作するスイッチングDC-DCコンバーターの場合、放射および伝導EMIの問題のあるソースになり得ます。おそらく、ボードで複数のDC-DCコンバーターを扱うことになるでしょう。これらのコンバーターからのEMIは、ノイズをフィルタリングし受信機を隔離するための重要なステップが実施されていない場合、無線受信機に干渉する可能性があります。レイアウト中にDC-DCコンバーターのEMIを減らし、IoT PCB内の他の敏感な回路を放射および伝導EMIから保護するために取ることができるいくつかの基本的な設計ステップがあります。

それはあなたのスタックアップから始まります

ほとんどの信号整合性および電力整合性の問題と同様に、DC-DCコンバータのEMI削減は適切なスタックアップ設計から始まります。IoTデバイス用の機能満載のボードは、ルーティング、電源およびグラウンドプレーン、およびボード表面のコンポーネントに十分なスペースを提供するために、最小6層のボードを使用することが多いでしょう。層の数よりも、さまざまな層の配置が重要です。新しい携帯電話は、より大きなバッテリーのための追加のスペースを提供するために、すべてフレックスまたはリジッドフレックスになっています。

DC-DCコンバータ回路が表面層に配置されるため、表面層の直下にグラウンドプレーンを含め、できるだけ大きくする必要があります。これにより、表面層の他の信号に対しても、低ループインダクタンスを持つ適切な参照平面が提供されます。古いDC-DCコンバータのデータシートの中には、出力インダクタの前の出力トレースの周りのグラウンドプレーンの一部を切り取ることを推奨しているものがあります。これは、低いスイッチング周波数を使用し、より高い信号レベルで動作する古いコンバータにとっては問題ないかもしれませんが、新しいIoT/モバイルデバイスのEMIの観点からは良くありません。

内部レイヤーでは、十分な面間キャパシタンスを提供するために、電源プレーンをグラウンドプレーンの隣に配置します。この配置は、適切に配置されたデカップリングキャパシタと合わせて、電源バス上のリンギングを減少させるのに役立ちます。これにより、内部レイヤーでのストリップラインルーティングも可能になります。レイヤー配置でのシールディングを活用することに加えて、スタックアップ設計における目標は、PDNインピーダンスを可能な限り低くすることで、リンギングからのEMIを抑制することです。

隔離

隔離には、距離とシールディングの2つの形態があります。高電流出力を持つスイッチング電源を接地されたシールディング缶で隔離することは、近くの大きなループインダクタンスを持つデジタル回路で意図しないスイッチングを誘発する放射EMIを防ぐための明白な解決策です。バッテリーで動作し、電力を節約して使用しているIoT製品では、シールディング缶が必要ないかもしれません。あまり強くない伝導ノイズはフィルタリングできます（これは出力キャパシタの一つの用途です）。

代わりに、基板内の重要な機能ブロックを、異なるエリア間に接地された銅プールまたはビアフェンスで分離することができます。ビアフェンスは通常、単一の波長（通常はスイッチングレギュレータの膝周波数に対応する周波数）で放射EMIを抑制するために最適化されていることに注意してください。無線受信機との干渉から放射EMIを抑制することが目標である場合、受信回路をコンバータから遠ざけて配置する必要があります。コンバータはいくつかの放射放出を生じるかもしれませんが、これらの放出の強度は、受信機がコンバータから遠く離れた場所にある場合、受信機で低くなります。

スマートフォンのPCBでのシールド

適切なコンポーネントを選択する

DC-DCコンバータ回路のコンポーネントは、EMI抑制を提供する上で重要な役割を果たします。レギュレータのPWM信号の膝周波数よりも高い自己共振周波数（高い）を持つキャパシタを使用する必要があります。これにより、望ましい容量性インピーダンスを供給できるようになります。また、インダクタも磁場をより良く閉じ込めるために、シールドされたタイプを使用するべきです。

大手ICメーカーは、小型フォームファクターと手頃なコストで低EMI DC-DCコンバーターの設計を進めています。TI、Analog、NXPは、出力インダクターを直接パッケージに組み込んだDC-DCコンバーターを開発しました。必要な入力および出力キャパシターをパッケージの直隣に配置することができ、低インダクタンスループを確保するか、これらのコンポーネントにはICパッケージ内にこれらのキャパシターが含まれています。設計ソフトウェアがメーカー部品番号を検索してこれらのコンポーネントをライブラリにインポートできる場合、これらのコンポーネントを簡単にボードに組み込むことができます。

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