通常,涉及到高電壓(強電)和低電壓(弱電)之間的信號傳輸的設備都需要進行電氣隔離,以保證強電和弱電電路之間信號傳輸的安全性。隔離 電源 芯片是內置片上變壓器的隔離DC/DC電源芯片,將輸入電源進行轉換并輸出,實現輸入輸出兩端電氣隔離的電源芯片。因此在PCB布線設計中,除了要遵循PCB布線的基本規則外,還有以下一些注意事項:
隔離電源工作時,芯片電源VCC和地之間有比較大的尖峰電流,為了及時補充芯片在高速工作時所需的尖峰電流,防止輸入側電壓跌落,在電壓供電的入口處需放置一個10uF左右的儲能電容,濾除低頻噪聲。同時為了濾除疊加在電源線的高頻交流干擾,電源和地之間需要再并聯一個0.001~0.1uF的去耦電容。去耦電容的擺放位置非常關鍵,其原則是:盡量靠近電源引腳,并使電容的電源走線和地線所包圍的面積最小。當有多個電容并聯時,因小電容的去耦半徑更小,應盡可能最靠近芯片引腳。電容到芯片引腳的距離應控制在2mm以內。如下圖所示:當需要在電源線和地線之間放置過孔時,為了減少過孔寄生電感的影響,過孔的擺放位置應在電容相對于芯片引腳的外側,而不是放置在芯片和電容之間,如果PCB空間允許,可以放置多個過孔,相當于過孔的寄生電感并聯,進一步減少過孔寄生電感的影響。隔離器芯片通常用于工業控制領域,需要過安規認證。而隔離電源芯片內置微變壓器,變壓器開關工作頻率較高,短時間大電流的切換會產生電磁輻射,引起較大的di/dt噪聲,產生EMI問題。微變壓器原副邊電流路徑的環路面積影響著輻射干擾的強弱,電流環路越大,輻射越強。除了上面提到的電源和地之間的濾波電容外,還可以通過PCB的VCC平面層和地層之間的拼接電容,形成去耦電容。當PCB的兩信號層存在面積覆銅交疊時,就會形成一個電容。這種電容分布電感低,高頻特性好,能覆蓋寬的頻率范圍,可以用來改善EMI的輻射干擾。下面舉例一種4層PCB的布線方法。4層PCB的中間兩層加入VCC(原邊)和VISO(次邊)銅箔。以增加其對GND1的寄生電容;GND1和GND2的交疊電容。能明顯改善EMI效果,如下圖所示:注意GND1和GND2的PCB層間距離應大于0.4mm 。除了利用PCB拼接電容改善EMI輻射,還可以利用過孔建立屏蔽墻,為內層電源建立邊緣防護來改善EMI輻射。電源層和地層的電場是變化的,在PCB板邊緣會向外輻射電磁干擾,稱為邊緣效應。將電源層內縮,使得電場只在接地層的范圍內傳導,以減少向外輻射。若電源平面的邊緣到地平面的邊緣內縮兩個平面層間距 的 20 倍以上,可以有效降低向外輻射,即 20H 法則。如下圖所示:同時,在 PCB 四周加上一些接地的過孔,形成接地過孔 防護盾,將噪聲返回到地層,能減少對外的輻射。如下圖所示:3. 同一排的過孔間距不小于電磁波波長 λ 的二十分之 一。實際布線時,過孔間距可以取 3mm 左右,足以屏蔽 1GHz 以下的電磁干擾。
