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硬核知识上线丨开发设计中的噪声问题,你该这样避免!

一声叹息,幽幽传来,“唉,又是噪声问题!...”——这样的场景,你遇到过多少次呢?

在电路板设计中,噪声问题是每位设计师都会遇到的一大问题。为了解决噪声问题,一般需要花费数小时时间来进行实验室测试才能揪出真正的元凶。然而很多时候我们却发现,噪声问题是由开关电源的布局不当而引起的。 唔,该怎么解决此类问题呢?

作为例子的开关调节器布局采用双通道同步开关控制器 ADP1850,第一步是确定调节器的电流路径。然后,进行物理规划和电源器件的考虑。此外,我们需要了解一点:电流路径决定了器件在该低噪声布局布线设计中的位置。

01、调节器的电流路径

在开关转换器设计中,高电流路径和低电流路径彼此非常靠近。交流(AC)路径携带有尖峰和噪声,高直流(DC)路径会产生相当大的压降,低电流路径往往对噪声很敏感。适当PCB布局布线的关键在于确定关键路径,然后安排器件,并提供足够的铜面积以免高电流破坏低电流。性能不佳的表现是接地反弹和噪声注入IC及系统的其余部分。

图1所示为一个同步降压调节器设计,它包括一个开关控制器和以下外部电源器件:高端开关、低端开关、电感、输入电容、输出电容和旁路电容。图1中的箭头表示高开关电流流向。必须小心放置这些电源器件,避免产生不良的寄生电容和电感,导致过大噪声、过冲、响铃振荡和接地反弹。

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墨菲定律变体之一:"如果几件事都可能出错,首先出错的往往是会造成最大损失的那一件。"

如果一个系统可能产生直接或间接的致命威胁,例如机器故障等,那么设计该系统时,必须最大程度地降低故障可能性及其导致的负面影响。为了确保发生随机性和确定性故障的概率尽可能低,必须遵循特定的设计方法。工业中将这种设计方法称为功能安全方法。这种方法要求对系统进行细致入微的分析,确定所有潜在的危险情况,并运用最佳做法来将器件、子系统和系统的故障风险(例如电压过高或诊断失败等)降至容许的水平。

功能安全背后的理念是当检测到错误时让系统保持安全状态,例如:若来自外部传感器的转换结果超出范围,则断开使能的输出连接。IEC-61508是工业设备功能安全设计参考标准,已针对不同行业进行了修改或阐释,例如ISO-26262适用于汽车行业,IEC-61131-6适用于可编程控制器。