開關穩壓器/電源轉換器電路的開關節點是關鍵的傳導路徑，在設計 PCB 布局時，需要特別注意。

開關穩壓電路節點時一個/多個功率半導體開關連接到磁性儲能器件的位置，電路節點的開關信號包含快速開關dV/dt 電壓和 dI/dt 電流，很容易耦合到周圍電路并產生噪聲，會導致 PCB 和設備沒有辦法通過 EMC 要求。

這里介紹一下： EMC 的開關節點布局的注意事項。

一、開關節點波形

在 PCB 走線設計時，需要了解開關節點上的電流和電壓波形，在布局之前，應檢查并理解開關電壓、時變電壓和開關頻率的波形。

例如 MPQ4430 轉換器，集成了高側和低側 FET，能夠提供高達 3.5A 的負載電流。

MPQ4430 轉換器

MPQ4430 穩壓器設計為從12V降壓至 3.3V，同時提供 3A 的最大負載。上圖的開關節點以紅色標記為 VSW，下面也表示為SW。

下圖的波形顯示了在開關節點上測量的開關電壓和電感電流。電壓波形以 500kHz 的速率在 12V 和略低于 0V 之間切換，并在低納秒范圍內具有非?？斓纳仙?下降時間。

大的 dV/dt 會產生強電場（E 場），其噪聲頻譜高達數十甚至數百 MHz。

在開關節點上測量的開關電壓和電感電流

由于降壓轉換器工作在連續導通模式，因此電感電流始終為正且永遠不會達到 0A。

在降壓轉換器的開啟周期期間，電流上升至約3.4A，在關閉周期期間下降至約2.6A，向負載供電的電流平均值為3A。電感阻值電流的快速變化，因此電流波形不像開關電壓那樣具有尖銳的過渡邊緣。

盡管 dI/dt 不是很大，但在 500kHz 開關頻率下仍然存在帶有強時變磁場（H 場）的紋波電流。對于對此頻率范圍敏感的附近電路來說，該磁場可能是一個潛在問題。

二、最小化節點走線長度

開關節點走線主要是在短距離內承載相對較大的事變電流。電感應放置在非?？拷{節器上的SW引腳的位置，短連接可最大限度地減少來自高 dV/dt 波形的高頻電場以及來自電感紋波電流的低頻磁場的耦合。

下圖顯示了如何通過電感放置在靠近穩壓器的位置來布置開關節點。設計 PCB 布局時，重要的是在轉換器和電感之間留出一小塊區域，用于放置必須連接到 SW (VSW)節點的其他組件（例如小型自舉電容）。這些組件的放置應盡量縮短 SW 走線的長度。

4 層 PCB 上 3A 降壓轉換器的開關節點布局

如上圖，自舉電容的放置應使其最長尺寸垂直于 SW 走線，減少了 SW 引腳和電感之間的額外長度，即電容將電感稍微推出，仍可以實現大約 3mm 至 4mm 非常短的距離。VSW 走線長度根據組件的應用和尺寸而變化，在某些情況下可能比示例中所示的長度更長。

三、根據電流調整 SW節點大小

從穩壓器的SW 引腳到電感輸入側的連接通常比PCB上的其他信號走線更寬，建議創建具有以下特征的寬走線或者銅澆注：

1.使用足夠的銅厚度和足夠的走線寬度來滿足電流要求

2.保持長度盡可能短，以盡量減少與其他電路的近場耦合。

SW (VSW)節點走線的寬度對于處理提供給電感的所需電流至關重要。對于上面降壓轉換器示例，傳遞到電感的平均電流與平均輸出電流 (3A) 相同。

通常來說，工程師會指定最大電流條件，用于估計SW節點的寬度。

對于設計示例，假設 4 層 PCB 在頂部、底部和內層使用 1 盎司銅（如下圖）。開關調節器電路在頂層布局布線，地（GND）返回平面位于頂層下方9.26mils（約10mils）處，可以慢調整電流的導體尺寸。

4 層 PCB 在頂部、底部和內層使用 1 盎司銅（如下圖）

四、SW 節點電場和磁場

開關節點走線由參考平面上方的PCB走線組成，可以被視為微帶線的縮短版本，特別是在高頻下，具有可控阻抗的微帶線用于數字、高速模擬米和射頻（RF）信號的高速傳輸線應用。

盡管開關節點和微帶傳輸線的應用對于傳導的預期信號是不同的，但是幾何形狀對于時變電場和磁場表現出相似的特性。

下圖顯示了SW跡線上開關電壓和時變電流的電場和磁場。SW走線寬度（W）放置在返回平面上方的高度（h）處。

電場通量線從從 SW 跡線的頂部、底部和側面延伸。最強的電場集中（尤其是在高頻下）發生在走線的底部和邊緣，這些區域非?？拷祷仄矫?。

參考返回平面的SW節點軌跡的橫截面視圖

在高頻下，電場線在返回平面上終止的地方將出現電流，為了更好地抑制電場并減少寄生近場耦合，最好最小化返回平面和SW走線之間的距離 (h)，并盡可能增加 SW 走線和周圍電路之間的距離。

SW 走線中的紋波電流會在走線周圍產生隨時間變化的 H 場。來自 H 場的磁通量可以通過電路的互感感應耦合到附近的敏感電路。

與電場類似，抑制磁場的最佳方法是通過最小化 h 使返回平面盡可能靠近 SW 走線，同時增加 SW 走線與周圍電路之間的距離?？拷?SW (VSW)節點放置的專用 GND 返回平面是提供良好場遏制的好方法。

五、結論

對于任何開關穩壓器/電源轉換器電路，SW節點的布局都需要認真考慮。

1.第一步是充分了解開關電壓波形、電流波形和開關頻率。

2.接下來，根據最大電流要求確定軟件走線寬度，然后最小化軟件走線長度。

3.最后，在 SW 節點、周圍 IC 和電路之間留出足夠的空間，以最大限度地減少近場耦合。

使用多層 PCB 疊層時，始終將 GND 返回平面直接放置在 SW 走線下方，并確保走線盡可能靠近 GND 平面。這進一步最大限度地減少了來自 SW 節點的電場和磁場的近場耦合。

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