电源提示：接地层是开关稳压器噪声管理的关键要素

我最近的一个项目，用到了 DC/DC 转换器，但是输出有个高频尖峰导致系统异常。我首先查看了该部件的原理图位置，所有必要的噪声过滤都已到位。高质量的输入旁路电容正好位于动力传动系中，正确的主波形缓冲器就位，输出具有所需的高频旁路电容。

几年前，我处理了一个关于另一个集成 DC/DC 转换器的类似问题。我查看了主波形，它很干净。输入和输出滤波均已到位，但即使示波器带宽限制在 20MHz，输出端也会出现较大的尖峰。

为了降低高频尖峰和振铃噪声，建议采用有效方法实施应用和芯片设计。首先，在终端负载上应使用额外的LC滤波器或磁珠。通常，这会使输出上的尖峰噪声远小于纹波噪声，但会增加更高频率的成分。其次，应屏蔽SW和输入节点的噪声源或让其远离输出侧及敏感模拟电路，并且屏蔽输出电感。精心布局和布线对设计很重要。第三，优化开关稳压器的导通/关断压摆率，并尽量减小开关稳压器的寄生电感和电阻，从而有效降低SW节点噪声。

在这两种情况下，深入查看布局显示了与我们的评估模块 (EVM) 的不同之处。在这两种情况下，所有层都有放置输出电感器的切口。这样做可能是为了防止电感器下方的涡流损耗。然而，在这两种情况下，接地层的断开都允许开关脉冲到达输出端。在具有专用接地层的设计中，这些开关脉冲在输出端会大大衰减。

对于具有四个或更多印刷电路板铜层的设计，我们的电源设计服务团队的做法是将一层（通常是第 2 层）专用于接地层，不允许其他走线。我们还定位可能影响接地层的其他电位的馈通孔，以防止或最小化切口。图 1 显示了PMP9227 TI Designs 参考设计第 2 层接地平面，非接地馈通之间的间隔是为了确保它们之间的接地铜。在只有两层的电路板上，目标是将底层（尽可能多地）专用于接地层，并尽量减少该层上非接地走线的数量和长度。

图 1：PMP9227第 2 层接地层

我比较了使用相同LM5119控制器和相似速度的主开关波形（约 5ns 上升/下降时间）的两种设计。我用 52VDC 输入和 8A 负载测试了这两种设计。PMP9227 参考设计的V OUT为 16V，而没有接地层的设计的 V OUT为 12V。图 2 和图 3 所示为采用针尖和针筒感应且示波器带宽设置为 200MHz 的输出纹波。

纹波输出：52V IN 12.3V OUT PCB 上的 8A 负载，无接地层：200MHz 带宽测量

图 2：不带接地层的设计中的输出纹波/噪声 200 MHz 带宽（12V 8A 关闭 52V IN）

纹波输出：52V输入16V输出带接地层的 PCB 上的 8A 负载：与图 2 相同的 200MHz 测量

图 3：具有接地层的PMP9227 参考设计中的输出纹波/噪声 200MHz 带宽（16V 8A 关闭 52V IN）

图 2 显示了没有接地层的设计中的输出纹波，而图 3 显示了PMP9227 参考设计的输出纹波。两种波形显示相同的开关频率纹波，约为 30-40mV pp。但是，第一个设计中的尖峰为 530mV pp，而PMP9227 参考设计中的尖峰为 120mV pp 。

使用 20MHz 带宽（未显示）进行相同的测量，在没有接地层的设计中产生了 140mV pp 的尖峰，而在PMP9227 参考设计中产生了 10-15mV pp 的尖峰。

对于较早遇到噪声问题，标准做法已成为包括至少一个完全专用于接地的 PCB 层。从那时起，随着众多设计的出现，噪声尖峰问题不再出现。