IoT 제품에서 DC-DC 컨버터 EMI 억제를 위한 몇 가지 기술

이 리튬 이온 배터리는 안정적인 전력을 제공하기 위해 스위칭 레귤레이터에 연결되어 있을 가능성이 높습니다.

다양한 출처에서 IoT 장치의 EMI 감수성을 억제하는 것은 설계대로 새 제품이 작동하도록 보장하는 데 중요합니다. 마찬가지로, IoT 제품이 EMC 규정을 준수하길 원한다면, 잡음 방출을 제한해야 합니다. 다음 제품에서 방사된 EMI의 여러 출처 중에서, 장치 자체 내의 EMI도 신호 및 전력 무결성 문제를 방지하기 위해 제어되어야 합니다.

IoT 장치의 전원 공급원은 방사된 및 전도된 EMI의 문제가 될 수 있는 출처이며, 특히 MHz 스위칭 주파수에서 일반적으로 작동하는 스위칭 DC-DC 컨버터의 경우 그렇습니다. 대부분의 경우, 여러 DC-DC 컨버터를 보드에서 작업하게 될 것입니다. 이 컨버터들로부터의 EMI는 중요한 필터링 및 수신기 격리 단계가 구현되지 않으면 무선 수신기에 간섭을 일으킬 수 있습니다. 레이아웃 중에 DC-DC 컨버터 EMI를 줄이고 IoT PCB에서 방사된 및 전도된 EMI로부터 다른 민감한 회로를 보호하기 위해 취할 수 있는 몇 가지 기본 설계 단계가 있습니다.

스택업으로 시작합니다

대부분의 신호 무결성 및 전력 무결성 문제와 마찬가지로, DC-DC 컨버터 EMI 감소는 올바른 스택업 디자인에서 시작됩니다. IoT 장치용으로 기능이 가득한 보드는 라우팅, 전력 및 접지 평면, 그리고 보드 표면의 구성 요소에 충분한 공간을 제공하기 위해 최소 6개 층을 사용할 것입니다. 층의 수보다 다양한 층의 배열이 더 중요합니다. 새로운 모바일 폰은 더 큰 배터리를 위한 추가 공간을 제공하기 때문에 모두 플렉스 또는 리지드-플렉스로 전환되었습니다.

DC-DC 컨버터 회로가 표면 층에 위치할 것이므로, 표면 층 바로 아래에 접지 평면을 포함시키고 가능한 한 크게 만들어야 합니다. 이는 표면 층의 다른 신호들에 대한 낮은 루프 인덕턴스를 가진 적절한 참조 평면을 제공할 것입니다. 구형 DC-DC 컨버터의 일부 데이터시트는 출력 인덕터 전의 출력 트레이스 주변의 접지 평면 일부를 잘라내는 것을 권장합니다. 이는 낮은 스위칭 주파수를 사용하고 더 높은 신호 레벨에서 작동하는 구형 컨버터에는 괜찮을 수 있지만, 새로운 IoT/모바일 장치에서 EMI 관점에서는 나쁩니다.

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내부 레이어에서는 전원 평면을 접지 평면과 인접하게 배치하여 면간 커패시턴스를 통한 디커플링에 충분한 용량을 제공합니다. 이러한 배치는 신중하게 배치된 디커플링 커패시터와 함께 전원 버스의 링잉을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이는 내부 레이어에서 스트립라인 라우팅을 가능하게 합니다. 레이어 배치에서 차폐를 활용하는 것 외에도, 스택업 디자인에서의 목표는 PDN 임피던스를 가능한 한 낮게 유지하여 링잉에서 발생하는 EMI를 억제하는 것이어야 합니다.

격리

격리는 거리와 차폐 두 가지 형태로 나타납니다. 접지된 차폐 캔을 사용하여 고전류 출력을 가진 스위칭 전원 공급 장치를 격리하는 것은 근처의 대형 루프 인덕턴스를 가진 디지털 회로에서 의도하지 않은 스위칭을 유발하는 방사된 EMI를 방지하는 명백한 해결책입니다. 배터리를 사용하고 전력을 절약하는 IoT 제품에서는 차폐 캔이 필요하지 않을 수 있습니다. 너무 강하지 않은 전도성 노이즈는 필터링할 수 있습니다(출력 커패시터 사용의 한 예입니다).

대신, 보드의 중요한 기능 블록을 서로 다른 영역 사이에 접지된 구리 푸어 또는 비아 펜스로 분리할 수 있습니다. 비아 펜스는 일반적으로 단일 파장(보통 스위칭 레귤레이터의 무릎 주파수에 해당하는 주파수)에서 방사된 EMI를 억제하기 위해 최적화된다는 점에 유의하세요. 무선 수신기와의 간섭으로부터 방사된 EMI를 억제하는 것이 목표이므로, 수신기 회로를 컨버터로부터 멀리 배치해야 합니다. 컨버터는 일부 방사 방출을 생성할 것이지만, 수신기가 컨버터로부터 멀리 위치할 때 이 방출의 강도는 낮아질 것입니다.

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적합한 부품 선택

DC-DC 컨버터 회로의 부품은 EMI 억제를 제공하는 데 중요한 역할을 합니다. 레귤레이터의 PWM 신호에 대한 무릎 주파수보다 높은 자체 공진 주파수를 가진 커패시터를 사용해야 원하는 용량성 임피던스를 제공할 수 있습니다. 인덕터도 자기장을 더 잘 제한하기 위해 차폐된 종류여야 합니다.

주요 IC 제조업체들은 소형 폼 팩터와 합리적인 비용으로 저 EMI DC-DC 컨버터 설계에 주도적으로 나서고 있습니다. TI, Analog, NXP는 패키지 내부에 출력 인덕터를 직접 통합한 DC-DC 컨버터를 개발했습니다. 또한 필요한 입력 및 출력 커패시터를 패키지 바로 옆에 배치하여 저 인덕턴스 루프를 보장하거나 이러한 컴포넌트가 IC 패키지 내부에 이러한 커패시터를 포함하도록 할 수 있습니다. 설계 소프트웨어가 제조업체 부품 번호를 검색하고 이러한 컴포넌트를 라이브러리에 가져올 수 있을 때, 이러한 컴포넌트를 보드에 쉽게 포함시킬 수 있습니다.

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