布局指南及MAX16922 PMIC布局示例

本应用笔记解释了如何布局标准MAX16922汽车PMIC （电源管理IC），以最大限度地提高性能并减少辐射。

介绍

当使用MAX16922等高频开关稳压器时，良好的PCB布局将提供干净的输出电源，并在EMI室调试辐射问题时节省大量时间。本应用笔记概述了电路中优化布局可带来最大优势的一些关键领域。

一般布局指南

对于OUT1：最小化输入电容（C3和C5）、电感（L1）、箝位二极管（D1）和输出电容（C12）的走线环路面积。

对于OUT2：最小化输入电容（C10）、电感（L2）和输出电容（C11）的走线环路面积。

将电源接地（引脚9和D1的阳极）连接到MAX16922下方裸露焊盘附近的其余接地。这种连接将最大限度地减少耦合到器件误差放大器的噪声。

较短的迹线比较宽的迹线更好。

优化交流-直流电流路径

MAX16922的开关稳压器是器件上最大的辐射源。因此，为了最大限度地减少辐射，开关稳压器的无源元件布局至关重要。存在电流阶跃变化的路径被视为交流电流路径。通过消除电流在开关周期的ON和OFF部分流动的路径，可以看到这些交流电流路径。在ON和OFF周期内有电流流过的路径被视为直流电流路径。

输出1交流电流路径

DC-DC 转换器 （OUT1） 在开关电流路径中直接具有五个无源元件（C3、C5、C12、L1 和 D1）。这五个组成部分对OUT1的排放和性能影响最大。图1显示了内部DMOS开关导通时ON周期内的电流路径。图2显示了内部DMOS开关关闭时OFF周期内的电流路径。这两个电流路径之间的差异是电流突然变化的地方，被认为是交流电流路径（图 3）。优化组件 D1、C3 和 C5 的布局是最高优先级，其次是优化组件 L1 和 C12。

图1.打开DMOS时的OUT1电流。

图2.OUT1 电流在 DMOS 关闭时流动。

图3.OUT1 交流电流显示差异。

输出2交流电流路径

同步 DC-DC 转换器 （OUT2） 在开关电流路径中直接具有三个无源元件（C10、C11 和 L2）。与OUT1一样，这三个组件对OUT2的排放和性能影响最大。图4和图5显示了ON和OFF周期内的开关电流路径;图6显示了出现最高di/dt的这两个电流路径之间的差异。优化组件 C10 的布局是最高优先级，其次是针对 L2 和 C11 进行优化。

图4.OUT2 电流在 PMOS 开启时流动。

图5.打开DMOS时的OUT2电流。

图6.OUT2 交流电流显示差异。

OUT1 升压交流电流路径

DC-DC 转换器 （OUT1） 使用高端 DMOS 器件，该器件需要比 LX5 引脚（DMOS 的源极）高 1V 的电源电压。为了产生该电压，在 LX1 和 BST 引脚之间连接了一个升压电容器（图 7）。在DMOS的关断周期内，升压电容（C4）由5V LSUP稳压器充电。LSUP输出也用于为误差放大器供电。因此，LSUP必须尽可能保持安静，以消除对误差放大器电路产生负面影响的多余噪声。实现此目的的最佳方法是将C4和MAX16922连接之间的电感降至最低。将 C4 放置在尽可能靠近引脚 19 （GND） 和引脚 17 （LSUP） 的位置，而不添加任何过孔。

图7.OUT1升压电容器交流电流。

向 LX 节点添加缓冲器

LX1的上升/下降时间尽可能慢，以降低开关噪声，同时不会显著影响电源效率。如果需要进一步减少辐射，可以将RC缓冲器连接到LX1引脚，以抑制LX1上的振铃。建议选择的电容不超过330pF，这样就不会显著影响效率，而且这是很好的做法，因为它是完成工作的最小电容值。建议电阻的电阻值约为2Ω。缓冲器在图 13 的原理图上标记为可选，由 R2 和 C13 组成。

LX2 的上升/下降时间比 LX1 快得多。由于LX2与主输入电源隔离，因此通常不存在传导辐射问题。然而，在某些情况下，LX2节点可能会辐射到另一个器件和/或连接器引脚，从而导致辐射问题。还可以在LX2上添加缓冲器以减少这些排放。可以使用类似的值分量;电容应≤220pF和一个8Ω至20Ω串联电阻。

四层PCB布局示例

图8至图11显示了使用本应用笔记指南的四层布局示例。图12突出显示了布局中关键的交流和直流电流路径ON和OFF。

图8.顶层。

图9.底层。

图 10.内层1，电源接地。

图 11.内层 2，接地。

图 12.当前路径：黑色 是ON周期;橙色是关闭周期;红色是区别。

主电源滤波

主电源上的滤波也非常重要，因为这是在离开模块之前可以减少传导辐射的最后一点。对于MAX16922等高频开关稳压器，FM无线电频段（76MHz至108MHz）通常出现传导辐射问题。为了减少这些辐射，在此频率范围内添加具有高阻抗的铁氧体磁珠和/或自谐振频率高于108MHz的电感器。

结论

正确布局MAX16922开关稳压器的关键无源元件将有助于将源头的噪声和辐射降至最低。这将在项目的资格认证阶段节省宝贵的时间和精力。

表 1.组件列表

 

指定	数量	描述
C1	1	47μF、25V 电解电容器
C2–C3	2	47nF、50V ±10% X7R 0603 陶瓷电容器
C4	1	1μF、10V ±10% X7R 0603 陶瓷电容器
C5	1	4.7μF、50V ±10% X7R 1210 陶瓷电容器
C6	1	100nF、10V ±10% X7R 0402 陶瓷电容器
C7	1	4.7μF、10V ±10% X7R 1206 陶瓷电容器
C8–C9	2	2.2μF、10V ±10% X7R 0805 陶瓷电容器
C10–C12	3	10μF、10V ±10% X7R 1206 陶瓷电容器
C13	1	100pF、50V ±10% X7R 0402 陶瓷电容器
R1	1	20kΩ ±1% 0402电阻
R2	1	2Ω ±5% 0402电阻
L1	1	4.7μH 电感器
L2–L3	2	2.2 μH 电感器
D1	1	MBR140SFT1 肖特基二极管
D2	1	ES1D 二极管
U1	1	MAX16922ATPA/V+四路输出PMIC

 

图 13.用于PCB布局的原理图。

审核编辑：郭婷