CN116365864A - 电子装置 - Google Patents
电子装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116365864A CN116365864A CN202310392832.1A CN202310392832A CN116365864A CN 116365864 A CN116365864 A CN 116365864A CN 202310392832 A CN202310392832 A CN 202310392832A CN 116365864 A CN116365864 A CN 116365864A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- copper foil
- ground
- power supply
- sensitive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
- H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
- H05K1/0218—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference by printed shielding conductors, ground planes or power plane
- H05K1/0224—Patterned shielding planes, ground planes or power planes
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
- H02M1/123—Suppression of common mode voltage or current
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Filters And Equalizers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电子装置,包括电源处理元件、电源处理线路、敏感线路以及敏感器件,所述电源处理元件与所述电源处理线路连接,所述敏感器件与所述敏感线路连接;所述电源处理元件及所述电源处理线路与外接电源连接,用于滤除所述外接电源中的噪声、浪涌、静电和/或所述敏感线路和/或所述敏感器件产生的噪声,并向所述敏感器件输出供电电源;所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端与所述敏感线路的接地端连接,可以最大程度上削弱外部噪声通过传导方式对敏感器件和/或敏感线路的干扰,从而提高电子装置的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路板技术领域,特别涉及一种电子装置。
背景技术
随着汽车电子的不断发展,尤其是智能驾驶级别的不断提升后,车内电子产品越来越多,越来越复杂。因此,高性能的车载电源设计是现代化汽车安全,稳定可靠运行的关键。汽车、工业、通信和航空电子系统需经受一系列电源浪涌。在这些市场中,许多行业规范都对瞬态事件进行了定义。例如,ISO 7637-2和ISO 16750-2规范定义了汽车瞬态,详细概述了预期瞬变,以及确保持续验证这些瞬变的测试步骤。浪涌的类型和所含能量会因电子器件的使用区域而异,电路可能遭受过压、过流、反向电压和反向回流电流等情况。如果要直接经受这些瞬变条件,就必须增加电路不受电压和电流浪涌影响的保护措施,因此要求对这些在严苛环境中运行的器件提供保护。
车载电源系统的应用环境复杂,因此汽车内的电磁环境较为恶劣。汽车的电气设备在运行时会产生大量电磁干扰,这些干扰的频带很宽,通过传导、耦合或者辐射的方式,传播到电源系统内,进而影响到电子装置的正常工作。最恶劣的情况往往是由车辆自身产生的干扰所导致的,如点火系统、发电机及整流器系统的干扰脉冲。国际标准ISO7637针对道路车辆及其挂车内通过传导和耦合引起的电干扰,提出了沿电源线的电瞬态传导及测试方法,适用于12V或24V的电气系统车辆。
在开发车载终端时,发现车载终端输入36V电源与车载终端中低压敏感器件共地,车载输入36V电源Cable(有线电视电缆)线有各种噪声,还有36V转5V(或36V转12V)BUCK(降压)电源产生的噪声,对开发车载终端中敏感器件例如音频模组、LTE(Long TermEvolution,长期演进)模组、Wi-Fi(无线网络通信技术)模组、GPS(Global PositioningSystem,全球定位系统)模组等产生的干扰无法避免。另外,LTE模组、Wi-Fi模组、音频D类放大器、充电模组、BOOST(升压)电源等产生的噪声也会通过输入36V电源Cable线传导方式或辐射方式对汽车进行干扰。PCB板(Printed circuit boards,印刷电路板)尺寸非常密集,遇到上述问题无法通过现有的层叠结构来解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷,提供一种带滤波功能的电子装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
本发明提供一种电子装置,括电源处理元件、电源处理线路、敏感线路以及敏感器件,所述电源处理元件与所述电源处理线路连接,所述敏感器件与所述敏感线路连接;所述电源处理元件及所述电源处理线路与外接电源连接,用于滤除所述外接电源中的噪声、浪涌、静电和/或所述敏感线路和/或所述敏感器件产生的噪声,并向所述敏感器件输出供电电源;所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端与所述敏感线路的接地端连接。
本发明的积极进步效果在于:外接电源经过电源处理元件和电源处理线路之后,可以滤除外接电源中的噪声、浪涌、静电以及敏感线路和/或敏感器件产生的噪声,之后向敏感器件输出供电电源,通过将电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端与敏感线路的接地端连接,可以最大程度上削弱外部噪声通过传导方式对敏感器件和/或敏感线路的干扰,从而提高电子装置的可靠性。
附图说明
图1为脉冲5a的测试波形图。
图2为脉冲5b的测试波形图。
图3为接触放电测试中放电电流与时间之间的曲线图。
图4为静电放电设备的电路结构示意图。
图5为本实施例提供的一种车载终端的6层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。
图6为本实施例提供的外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
图7为本实施例提供的一种车载终端的6层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。
图8为在汽车点烟口往K1区域注入8V~174V电源时的波形示意图。
图9为本实施例提供的一种车载终端4层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。
图10为本实施例提供的另一种车载终端4层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。
图11为图7中K1区域L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图。
图12为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的剖视图。
图13为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。
图14为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用通孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。
图15为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用通孔(树脂塞孔)在6层板层叠结构中的又一剖视图。
图16为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。
图17为本实施例提供的BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。
图18为本发明实施例提供的又一种K1区域L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图。
图19为本发明实施例提供的又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图。
图20为本发明实施例提供的又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图。
图21为本发明实施例提供的又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图。
图22为本发明实施例提供的又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图。
图23为本发明实施例提供的另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
图24为本发明实施例提供的另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
图25为本发明实施例提供的共模电感和差模电感的阻抗特性曲线图。
图26为本发明实施例提供的另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
图27为本发明实施例提供的又一种车载终端的外接电源钳位滤波降压部分L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图。
图28为本发明实施例提供的另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
图29为本发明实施例提供的又一种车载终端的外接电源钳位滤波降压部分L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图。
图30为本发明实施例提供的一种车载终端6层板电源部分层叠结构的俯视图。
图31为本发明实施例提供的另一种车载终端6层板电源部分层叠结构的俯视图。
图32为本发明实施例提供的6层板中BUCK电源输出电容位置层叠结构的剖视图。
图33为本发明实施例提供的6层板中BUCK电源输出电容位置层叠结构的另一种剖视图。
图34为电容的等效模型示意图。
图35为10pF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图36为30pF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图37为100pF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图38为1nF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图39为10nF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图40为100nF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图41为1uF陶瓷电容阻抗频率曲线图。
图42为150uF钽电容的阻抗频率曲线图。
图43为车载追踪器整机的0~300MHz测试频段发出的辐射值的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
以电子装置为车载终端为例,车载终端也称为T-BOX,是整车外部联网的通讯和控制中心,是实现汽车智能互联的关键。国际标准ISO7637中的脉冲5测试包括脉冲5a和脉冲5b两种规格。表1给出了国际标准ISO7637中脉冲5a的测试内容,图1给出了脉冲5a的测试波形图。其中,UA为汽车正常供电时电压,而Us为蓄电池突然断开时,发电机产生电压作用在其他电子装置上的脉冲电压,从0.1Us到Us最高峰,再到0.1Us时周期为td,从0.1Us到0.9Us的周期为tr。
表1
表2给出了国际标准ISO7637中脉冲5b的测试内容,图2给出了脉冲5b的测试波形图。其中,脉冲5b测试与脉冲5a测试类似,只是增加了由用户自定义Us*测试。
表2
针对车载终端电源部分的防护设计重点关注P5a的防护,可以在车载终端的输入端使用大功率TVS管进行防护。TVS管以及大电容接地端的地必须足够大,这样才能有效地泄放和滤除噪声。
车载终端的零部件测试中除了Surge&ESD外,其他所有测试项目都和电源部分的设计息息相关,因此电源部分的EMC设计就显得尤为重要。
(1)原因分析:电源部分不管是主动发射还是外部噪声的耦合,其形式都是以共模噪声为主。
(2)整改措施:采用共模滤波器来抑制共模噪声是目前的主要手段,对于共模滤波器的选型主要考虑以下参数:电流、共模插入损耗(满足高频滤波应用)、电压。
根据国际标准IEC61000-4-2的相关要求,车载终端引出的电缆需要进行静电的8kV(kV:千伏)接触放电测试。图3给出了接触放电测试中放电电流与时间之间的曲线图。
进一步地,为了便于测试网络设备是否能够满足国际标准IEC61000-4-2的相关要求,本申请一些实施例提供一种静电放电设备,静电放电设备的电路结构示意图参见图4。其中,静电放电设备的各个器件的规格如下:Uo为直流高压电源,Rc为直流高压电源的内阻,Cs为放电电容,Rd为内阻(代表人体握钥匙和其它金属工具的人体电阻),KM1为开关,M1为静电放电设备的放电头,M2为放电回路连接点。需要说明的是,上述实施例仅示出了一种静电放电设备的电路结构示意图,而在其他的实施例中,也可采用其它静电放电设备。
本发明实施例涉及的敏感器件可以包括LTE模组、GPS模组、音频模组、电平转换芯片、图像传感器、SIM(Subscriber Identity Module,用户身份识别模块)芯片、Wi-Fi模组、蓝牙模组、MCU(Micro Control Unit,微控制单元)芯片等。本发明实施例涉及的敏感线路包括敏感信号走线、敏感信号过孔和敏感电源走线。其中,敏感信号走线可以包括射频信号走线、音频信号走线、MIPI(Mobile Industry Processor Interface,移动产业处理器接口)差分信号走线、LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低电压差分信号)差分信号走线、HDMI(High Definition Multimedia Interface,高清多媒体接口)差分信号走线等,不敏感信号走线可以包括LED灯走线、GPIO信号走线等。敏感信号过孔可以包括射频信号过孔、音频信号过孔、MIPI信号过孔等。敏感电源走线可以包括3.3V电源走线、1.8V电源走线、LTE电源走线等,不敏感电源走线可以包括LED灯电源走线等。本发明实施例涉及的隔离元件可以为隔离二极管,钳位元件可以为TVS管(Transient Voltage Suppressor,瞬变电压抑制二极管)、压敏电阻、TSS管(Thyristor Surge Suppressors,浪涌抑制晶闸管)、气体放电管等防护器件。
本实施例提供一种电子装置,包括电源处理元件、电源处理线路、敏感线路以及敏感器件,所述电源处理元件与所述电源处理线路连接,所述敏感器件与所述敏感线路连接。
所述电源处理元件及所述电源处理线路与外接电源连接,用于滤除所述外接电源中的噪声、浪涌、静电和/或所述敏感线路和/或所述敏感器件产生的噪声,并向所述敏感器件输出供电电源。
所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端与所述敏感线路的接地端连接。
本实施例提供的电子装置具有滤波功能,可以滤除外接电源中的噪声、浪涌、静电,还可以滤除敏感线路和/或所述敏感器件产生的噪声。
在具体实施中,所述电子装置可以为车载终端。所述电源处理元件可以包括并联连接的滤波元件和浪涌防护元件,所述滤波元件用于滤除所述外接电源中的噪声,所述浪涌防护元件用于吸收所述外接电源中的浪涌或静电。其中,所述滤波元件可以包括输入滤波电容,所述浪涌防护元件也可以称为钳位元件。
所述电源处理元件还可以包括隔离元件,串联于所述外接电源与所述敏感器件之间,用于将所述外接电源与所述敏感器件进行隔离,防止电流向所述外接电源进行倒灌。
所述电源处理元件还可以包括电压转换元件、输入电容和输出电容,所述电压转换元件用于对经过所述隔离元件隔离的外接电源进行电平转换,所述输入电容的一端与所述电压转换元件的输入端连接,另一端与所述电压转换元件的接地端连接;所述输出电容的一端与所述电压转换元件的输出端连接,另一端与所述敏感线路的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述电子装置还包括PCB板,所述PCB板内置有所述电源处理线路和所述敏感线路,所述电源处理元件和所述敏感器件设于所述PCB板上。
在具体实施中,所述电源处理线路、所述电源处理元件和所述敏感线路可以设于所述PCB板的同一层,也可以设于所述PCB板的不同层。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件和所述电源处理线路均设于所述PCB板的顶层或底层,所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层设有第一地铜箔,所述第一地铜箔与所述敏感线路的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层还设有第二地铜箔,所述电源处理元件和所述电源处理线路均与所述第二地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述PCB板中与所述电源处理元件所在层的相邻层中设有第三地铜箔,所述电源处理元件和所述电源处理线路均与所述第三地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述第三地铜箔所在的区域覆盖所述电源处理元件和所述电源处理线路在所述相邻层的投影区域。
在可选的一种实施方式中,所述相邻层中还设有第四地铜箔,所述第四地铜箔与所述敏感线路的接地端连接,所述第四地铜箔与所述第三地铜箔之间间隔设置。
在可选的一种实施方式中,所述第四地铜箔所在的区域包围或半包围所述第三地铜箔所在的区域。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件或所述电源处理线路通过第一地过孔与所述第三地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件包括通孔元件,所述通孔元件的管脚与所述第三地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件或所述电源处理线路通过第二地过孔与所述第一地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件和所述电源处理线路在目标层中投影的区域设有敏感线路,其中,所述目标层包括所述PCB板中除去参考层之外的层,所述参考层包括所述电源处理元件所在的层以及所述相邻层。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端通过所述第二地过孔与所述PCB板任一层中敏感线路的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述输出电容为插件电容,所述输出电容的一个管脚与所述PCB板任一层中敏感线路的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述第二地过孔为在所述输出电容的焊盘附近设置的激光孔或者电镀填平的通孔。
在可选的一种实施方式中,所述第二地过孔包括埋孔和在所述输出电容的焊盘上设置的盲孔,所述PCB板中所述电源处理元件及所述电源处理线路所在的层通过所述盲孔与相邻层的接地端连接,所述相邻层的接地端通过所述盲孔与其它层的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述电源处理元件还包括共模电感,所述共模电感包括第一线圈和第二线圈;所述第一线圈的第一端与所述浪涌防护元件的一端连接,第二端与所述电压转换元件的输入端连接;所述第二线圈的第一端与所述浪涌防护元件的另一端连接,第二端与所述电压转换元件的接地端连接。
在可选的一种实施方式中,所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层中设有独立的第一电源铜箔和第二电源铜箔,以及独立的第五地铜箔和第六地铜箔;所述第一线圈第一端的焊盘与所述第一电源铜箔连接,所述第一线圈第二端的焊盘与所述第二电源铜箔连接;所述第二线圈第一端的焊盘与所述第五地铜箔连接,所述第二线圈第二端的焊盘与所述第六地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述第一电源铜箔与所述第二电源铜箔之间的最小距离不大于所述第一线圈第一端的焊盘与所述第一线圈第二端的焊盘之间的距离;所述第五地铜箔与所述第六地铜箔之间的最小距离不大于所述第二线圈第一端的焊盘与所述第二线圈第二端的焊盘之间的距离。
在可选的一种实施方式中,所述PCB板中所述电源处理元件及所述电源处理线路所在层的相邻层中设有独立的第七地铜箔和第八地铜箔;所述第七地铜箔与所述第八地铜箔之间的最小距离不大于目标距离,其中,所述目标距离为所述第一线圈第一端的焊盘或所述第二线圈第一端的焊盘在所述相邻层中的投影区域与所述第一线圈第二端的焊盘或所述第二线圈第二端的焊盘在所述相邻层中的投影区域之间的距离。
在可选的一种实施方式中,所述电压转换元件的散热管脚通过第三地过孔与目标层中的地铜箔连接,其中,所述目标层包括所述PCB板中除去参考层之外的层,所述参考层包括所述电源处理元件所在的层以及所述相邻层。
在可选的一种实施方式中,所述PCB板中所述电源处理元件所在的层中设有覆盖所述输出电容另一端的第九地铜箔,所述第九地铜箔与所述敏感线路的接地端连接。本实施方式中,第二地过孔的分布电感很大,会影响电源的动态响应,通过设置覆盖输出电容另一端的第九地铜箔可以减小分布电感和直流阻抗、降低电源地的阻抗、减小压降,从而提高电源的动态响应。
在可选的一种实施方式中,在所述PCB板中与所述电源处理元件所在层的相邻层中,设有覆盖所述第二地过孔的第十地铜箔,分别与所述第三地铜箔和所述第四地铜箔连接。
在可选的一种实施方式中,所述第一地铜箔与所述第二地铜箔之间间隔设置。
在可选的一种实施方式中,所述第一地铜箔与第四地铜箔电连接。
以下结合不同的例子来详细介绍上述各种实施方式。其中,上述第一地铜箔对应地铜箔G6,上述第二地铜箔和上述第六地铜箔均对应地铜箔G61,上述第三地铜箔和上述第八地铜箔均对应地铜箔G5,上述第四地铜箔对应地铜箔G51,上述第五地铜箔对应地铜箔G62,上述第七地铜箔对应地铜箔G52,上述第九地铜箔对应地铜箔991,上述第一电源铜箔对应电源铜箔63,上述第二电源铜箔对应电源铜箔69,上述第一地过孔对应地过孔46、地过孔43和地过孔44,上述第二地过孔对应地过孔21。
图5和图7分别给出了一种车载终端的6层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。图6给出了图5和图7中外接电源钳位滤波降压部分的方框图。
如图5和图7所示,PCB板88由6层板组成:L01层、L02层、L03层、L04层、L05层、L06层。整个PCB板88分成3个区域:K1区域、K2区域、K3区域。K1区域也称为外接电源钳位滤波降压区域,包括外接电源连接器30、输入滤波电容31、保险组件32、隔离元件33、钳位元件34、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38等。K2区域也称为敏感区域,包括L06层中的敏感器件141、L06层中的敏感信号走线82、L06层中的敏感电源走线83、L05层和L06层中的敏感信号过孔60、L05层和L06层中的敏感地过孔50、L03层的敏感电源走线24、L03层的敏感信号走线22、L03层的敏感电源走线23、L03层的敏感地铜箔G4等。L01层全部为K3区域,K3区域也称为敏感区域,包括敏感器件222、敏感信号走线81、敏感电源走线80、敏感电源过孔58、敏感地过孔42、敏感地过孔20等。敏感器件222的电源管脚71通过敏感电源过孔58与L03层的敏感电源走线连接,敏感器件222的地管脚70通过敏感地过孔42与L02层地铜箔G2电连接。
如图5-7所示,L05和L06层分别包括K2区域和K1区域。其中,从汽车点烟口99引入的外接电缆89与外接电源连接器30连接,8V~174V高压电源通过外接电源连接器30的正极焊盘12与L06层的电源铜箔63电连接,外接电源连接器30的负极焊盘13通地过孔39与L05层的地铜箔G5电连接;L06层的电源铜箔63与输入滤波电容31的正极焊盘7电连接,输入滤波电容31的负极焊盘8通地过孔46与L05层的地铜箔G5电连接;L06层的电源铜箔63和L05层的地铜箔G5经输入滤波电容31滤除一定带宽的噪声后,L06层的电源铜箔63再与隔离元件33的阳极焊盘3电连接,经隔离元件33的单向导通隔离后,隔离元件33的阴极焊盘4通过L06层的电源铜箔62(或电源走线)与钳位元件34的焊盘5电连接,钳位元件34的焊盘6通地过孔43与L05层的地铜箔G5电连接。当从汽车点烟口99和外接电缆89注入几十伏到174V的浪涌电压时,会超过钳位元件34的工作电压,钳位元件34立即导通,通过钳位元件34的负极焊盘6、地过孔43、L05层的地铜箔G5反向注入至外接电缆89和汽车点烟口99,可以将浪涌电压钳位在一定安全范围内,防止浪涌电压超过BUCK输入电容35和BUCK芯片36的最高工作电压而导致它们损坏。电源铜箔62经钳位元件34钳位和限压保护后,电源铜箔62与BUCK输入电容35的正极焊盘9电连接,BUCK输入电容35的负极焊盘10与L05层的地铜箔G5电连接。BUCK输入电容35用于滤除来自汽车点烟口99的电源传导过来的噪声和纹波,同时为BUCK芯片36提供电源储能放电,为BUCK芯片36提供瞬间大电流的放电,即可防止BUCK芯片36瞬间大电流翻转时产生电压跌落,同时降低BUCK电源输出电压的纹波。BUCK芯片36内置上管MOSFET的漏极与BUCK芯片36的输入电源焊盘16电连接,而BUCK芯片36的输入电源焊盘16与BUCK输入电容35电连接,BUCK芯片36内置下管MOSFET的漏极与上管MOSFET连接,再与BUCK芯片36功率焊盘48连接。下管MOSFET的源极与BUCK芯片36的功率地焊盘98连接。BUCK芯片36的功率焊盘48与铜箔53电连接,铜箔53与电感37的焊盘18电连接,下管MOSFET的源极与BUCK芯片36的功率地焊盘98电连接,BUCK芯片36的功率地焊盘98通地过孔481与L05层的地铜箔G5电连接,BUCK芯片36的功率地焊盘98及地过孔481是整个BUCK芯片36输入功率回路和电感37放电功率回路的回流地;电感37的焊盘19通过电源铜箔40与BUCK输出电容38的正极焊盘51电连接,BUCK输出电容38的负极焊盘52通地过孔21与K3区域L01层的地铜箔G1、K3区域L02层的地铜箔G2、K3区域L03层的地铜箔G3、K3区域L04层的地铜箔G4、K1区域L05层的地铜箔G5电连接,K1区域L05层的地铜箔G5和K2区域L06层的地铜箔G6电连接。也就是通过BUCK输出电容38的负极焊盘52将K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51连接在一起。K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51是通地过孔21汇接在一起,由于地过孔21与BUCK输出电容38的负极焊盘52电连接,因此也就是通过BUCK输出电容38的负极焊盘52将K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51连接在一起。来自汽车点烟口99产生的浪涌和各种噪声必须经过K1区域输入滤波电容31的滤波、钳位元件34的钳位,再经过BUCK输入电容35、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38组成BUCK电路A降压后,产生干净稳定的Vcc电源,用于给整板供电。其中,Vcc电源可以为5V电源、3.3V电源、12V电源、15V电源等。Vcc电源的正极与BUCK输出电容38的正极焊盘51连接,Vcc电源的负极(与K1区域L05层的地铜箔G5连接)与BUCK输出电容38的负极焊盘52以及地过孔21连接,也就是经过BUCK输出电容38滤除干净后,最后BUCK输出电容38的负极焊盘52以及地过孔21与整板地铜箔电连接。
L06层敏感器件141的焊盘11与K2区域L06层的电源铜箔40电连接,L06层中的敏感器件141的地焊盘15经敏感地过孔50与L06层的地铜箔G6、L05层的地铜箔G51电连接;而L05层的地铜箔G51是经过BUCK输出电容38的负极、地过孔21再与L05层的地铜箔G5电连接,也就是L05层的地铜箔G51是经BUCK输出电容38过滤干净的地铜箔。将K1区域BUCK电路降压产生的Vcc电源通过L06层的电源铜箔40(或电源走线)供给K2区域L06层中的敏感器件141的电源管脚11。K2区域还设置有敏感信号孔55,K2区域的L06层还设置有敏感走线82和敏感走线83。
K1区域中的地过孔39、地过孔46、地过孔43、地过孔44、地过孔47、地过孔481等可以为通孔,也可以为盲孔。K1区域的这些地过孔与K1区域的器件电连接,只能设置在K1区域地铜箔G5的投影区域内,K1区域的这些地过孔与地铜箔G5电连接。由于K1区域的这些地过孔不与分布在L05层或L06层K2区域的地铜箔直接电连接,因此来自汽车点烟口99的外接电源必须经K1区域的电路进行钳位、滤波和降压才能注入到K2区域和K3区域,大大削弱了来自汽车点烟口99的各种噪声通过传导方式对PCB板88的K2区域和K3区域的敏感器件、敏感走线、敏感电源走线、敏感信号过孔、敏感电源过孔、敏感地过孔的干扰。
BUCK电源芯片36的散热焊盘17与地过孔20电连接,BUCK电源芯片36的散热焊盘17与地过孔20虽然属于K1区域,但由于BUCK电源芯片36的散热管脚90在芯片内部是悬空,BUCK电源芯片36的散热焊盘17与芯片内部各功能管脚并没有电连接关系,所以可以将BUCK电源芯片36的散热管脚90只与L05层地铜箔G5直接电连接,与L05层其它区域的地铜箔G51、L06层其它区域的地铜箔或其它层的地铜箔不直接电连接。也可不将BUCK电源芯片36的散热管脚90与L05层的地铜箔G5电连接,而是将BUCK电源芯片36的散热管脚90与K3区域L01层的地铜箔G1、K3区域L02层的地铜箔G2、K3区域L03层的地铜箔G3、K3区域L04层的地铜箔G4等。这样设置的目的为:输入的8V~174V高压电源在BUCK电源芯片36散热管脚90的位置是输入功率回路、输出功率回路、续流功率回流的汇接点,也就是高压输入电源和低压输出之间汇接点,BUCK电源芯片36的散热管脚90附近噪声非常大,这样避免了在BUCK电源芯片36散热管脚90的位置将K1区域L05层地铜箔G5与其它层地铜箔(例如K3区域L01层的地铜箔G1、K3区域L02层的地铜箔G2、K3区域L03层的地铜箔G3、K3区域L04层的地铜箔G4等)直接电连接,而是在BUCK输出电容38的负极焊盘52和地过孔21的位置直接电连接。
本例子中,当BUCK输出电容38为通孔元件时,可以用BUCK输出电容38的负极通孔焊盘52替代地过孔21。地过孔20、21、39、43、44、46、47和481的数量均为至少1个,优选为3个以上。BUCK输入电容35的数量为至少为1个,优选包括一个以上大容量的电容和一个以上小容量的电容。隔离元件33可以防止汽车点烟口99的电压突然低于BUCK输入电容35的电压,导致K1区域的电流发生倒灌,也就是BUCK输入电容35的电压反向给汽车点烟口99反向充电。其中,上述汽车点烟口也可以是电动汽车、电动摩托车、电单车、摩托车等电源接口。BUCK芯片36可以内置上管MOSFET和下管MOSFET,也可外置上管MOSFET和外置下管MOSFET。
在具体实施中,根据汽车点烟口99输入的8V~174V电源噪声所在的频段来选择输入滤波电容31的容值、谐振点、ESL、ESR等相关参数,输入滤波电容31的工作带宽需要覆盖汽车点烟口99输入的8V~174V电源噪声所在的频段。
图8给出了在汽车点烟口99往K1区域注入8V~174V电源时的波形示意图。8V为非正常工作电压,而12V~36V正常工作电压,50V为最高工作电压。通过钳位元件34吸收外接电缆89引入输入电源的浪涌。当汽车点烟口99通过外接电缆89往K1区域注入超过50V的门限电压时(其中,门限电压可以根据情况来设定),钳位元件34会将超过50V门限部分的能量进行削顶处理,也即短路到K1区域L05层的地铜箔G5,再通过外接电源连接器30和外接电缆89返回至汽车点烟口99。而对于外接电缆89的高压静电(例如在外接电缆89注入8kV接触放电)或浪涌(例如车载脉冲5),则需要通过钳位元件34钳位,将高压静电或浪涌(例如车载脉冲5)的能量并对地短路,泄放到L05层的地铜箔G5及L06层的地铜箔G61,再通过外接电源连接器30、外接电缆89返回至汽车点烟口99、汽车整车供电系统(例如12V汽车整车供电系统或24V汽车整车供电系统),不会对BUCK输入电容35、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38组成BUCK电路造成干扰、过压损坏等,也不会造成BUCK输出电容38输出电压不稳定(例如有过冲干扰)等异常现象。所有过压干扰被抑制在钳位元件34所在的K1区域内,即使有小部分的过冲干扰,也会被BUCK输入电容35、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38吸收,对BUCK输出电容38输出接地和输出电压Vcc没有任何影响等。BUCK输出电容38的正极和负极分别是整板电源Vcc和接地端的汇接点。
表3给出了图7中6层1阶HDI板的层叠结构。如图7和表3所示,假设整个PCB板的厚度H6为1.6mm(62.98mil),L01层和L02层之间设置有盲孔,L05层和L06层之间设置有盲孔,L01层和L02层之间盲孔的厚度及L05层和L06层之间盲孔的厚度小于或等于3mil,也即L01层和L02层之间的PP(半固化片,是树脂与载体合成的一种片状粘结材料)厚度H1为3mil,L05层和L06层之间的PP厚度H5为3mil。L02层和L03层之间的Core(芯板)厚度H3为14mil,L04层和L05层之间的Core厚度H4为14mil,L03层和L04层之间的PP+PP的厚度H3为18mil。L01层和L06层为表层,表层铜厚为1.59mil,L02层、L03层、L04层、L05层为内层,内层铜厚为1.2mil,L01层和L06层覆盖的油墨厚度为0.4mil。在其它例子中,H5也可以为4mil、4.3mil、8mil等。
表3
所在层数名称 | 各层的厚度 | 各层名称 |
L01 | 1.59mil | 表层铜厚 |
H1=3mil | PP | |
L02 | 1.2mil | 内部铜厚 |
H2=14mil | Core | |
L03 | 1.2mil | 内层铜厚 |
H3=18mil | PP+PP | |
L04 | 1.2mil | 内层铜厚 |
H4=14mil | Core | |
L05 | 1.2mil | 内层铜厚 |
H5=3mil | PP | |
L06 | 1.59mil | 表层铜厚 |
L02层到L03层之间距离为14mil,L03层到L04层之间距离为18mil,L04层到L05层之间距离为14mil。L03层中敏感电源走线24、敏感信号走线22、敏感电源走线23与L02层的地铜箔G2之间的距离为14mil,L03层中敏感电源走线24、敏感信号走线22、敏感电源走线23与L04层的地铜箔G4之间的距离为18mil,因此敏感电源走线24、敏感信号走线22和敏感电源走线23的回流主要参考L02层的地铜箔G2,次要参考L04层的地铜箔G4。L03层中敏感电源走线24在工作时,在L02层的地铜箔G2产生反向回流电流i6,同时在L02层和L03层之间的回路产生磁场强度B6;L03层中敏感电源走线24在工作时,在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i11,同时在L03层和L04层之间的回路产生磁场强度B11;其中i6和i11之和等于敏感电源走线24在L03层中的工作电流i24(图中未示出)。L03层中的敏感信号走线22在工作时,在L02层的地铜箔G2产生反向回流电流i7,同时在L02层和L03层之间的回路产生磁场强度B7;L03层中的敏感信号走线22在工作时,在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i10,同时在L03层和L04层之间的回路产生磁场强度B10;其中i7和i10之和等于敏感信号走线22在L03层中的工作电流i22(图中未示出)。L03层中的敏感电源走线23在工作时,在L02层的地铜箔G2产生反向回流电流i8,同时在L02层和L03层之间的回路产生磁场强度B8;L03层中的敏感电源走线23在工作时,在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i9,同时在L03层和L04层之间的回路产生磁场强度B9;其中i8和i9之和等于敏感电源走线23在L03层中的工作电流i23(图中未示出)。
以下介绍K1区域的外接电源钳位滤波降压部分的回流路径。当从汽车点烟口99注入8V~174V电源中携带的各频段的噪声随着外接电缆89一起注入外接电源连接器30,外接电源连接器30的正极焊盘12与L06层的电源铜箔63电连接,外接电源连接器30的负极焊盘13通地过孔39与L05层的地铜箔G5电连接,8V~174V电源中携带的各频段噪声经过输入滤波电容31(将噪声过滤,回流到L05层的地铜箔G5)、隔离元件33、钳位元件34(将过压尖峰钳位,回流到L05层的地铜箔G5)、BUCK芯片36的功率地焊盘98(将噪声过滤,回流到L05层的地铜箔G5;以及给BUCK芯片36提供瞬态放电,回流到L05层的地铜箔G5),L06层的电源铜箔63、61以及62在L05层的地铜箔G5形成回流,产生磁场强度B1。而BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38到地铜箔G5形成回流,产生磁场强度B2。
L06层的电源铜箔63、61以及62在L05层的地铜箔G5形成平板电容,BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38到地铜箔G5也形成平板电容。其中,平板电容可以滤除GHz以上的噪声。
L06层的电源铜箔63、61以及62在L05层的投影与地铜箔G5的形状基本相同,它们之间形成的回流仅限制在L06层的电源铜箔63、61以及62以及L05层地铜箔G5之间,不会与K2区域或K3区域的敏感信号走线、敏感电源走线(或敏感电源铜箔)、敏感信号过孔、敏感电源过孔、敏感器件进行重叠,因此不会干扰K2区域和K3区域。BUCK芯片36、电感37、铜箔53以及BUCK输出电容38在L05层的投影与地铜箔G5的形状基本相同,它们之间形成的回流仅限制在BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38以及地铜箔G5之间,不会与K2区域或K3区域的敏感信号走线、敏感电源走线(或敏感电源铜箔)、敏感信号过孔、敏感电源过孔、敏感器件进行重叠,因此不会干扰K2区域和K3区域。
另外,L05层和L06层之间的PP厚度H5仅为3mil,L06层的电源铜箔63、61以及62与L05层的地铜箔G5之间形成的回流面积非常小,产生磁通量Φ1非常小;BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38与地铜箔G5之间形成的回流面积也非常小,产生磁通量Φ2非常小。其中,磁通量Φ与磁场强度B、垂直磁场方向的面积S之间关系满足以下公式:Φ=BS。
L06层的电源铜箔63、61以及62与L05层的地铜箔G5之间形成的回流所产生磁通量为:Φ1=B1S1=B1(H5×L11)。如果L06层的电源铜箔63、61以及62与L05层的地铜箔G5之间产生的磁场强度B1是固定的,垂直磁场方向的面积S1越小,则通过垂直磁场方向的单位面积的磁通量Φ1越小。而L06层的电源铜箔63、61以及62的长度L11是固定的,所以L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层地铜箔G5的间距H5越小,L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层地铜箔G5的回流面积S1越小,产生的磁通量Φ1越小,也就是L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层地铜箔G5的回流所产生的脉冲电磁场对K2区域和K3区域的影响较小;同时L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层的地铜箔G5之间的回流所产生的辐射对产品的EMI辐射影响较小,以满足例如欧盟EN5022、美国FCC Part 15B相关EMI辐射等测试。
L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38与地铜箔G5之间的回流所产生磁通量为:Φ2=B2×S2=B2(H5×L22)。如果L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38与地铜箔G5之间产生的磁场强度B2是固定的,垂直磁场方向的面积S2越小,则通过垂直磁场方向的单位面积的磁通量Φ2越小。而L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38的长度L22是固定的,所以L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层地铜箔G5的间距H5越小,L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层的地铜箔G5的回流面积S2越小,产生磁通量Φ2越小,也就是L06层的电源铜箔63、61以及62到L05层的地铜箔G5之间的回流所产生脉冲电磁场对K2区域和K3区域的影响较小;同时L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38到L05层的地铜箔G5之间的回流所产生的辐射对产品EMI辐射影响较小。
L06层的电源铜箔63、61以及62在L05层的地铜箔G5产生反向回流电流i1;L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38在L05层的地铜箔G5产生反向回流电流i2;而L03层中敏感电源走线23在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i9;L03层中敏感电源走线24在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i11;L03层中敏感电源走线22在L04层的地铜箔G4产生反向回流电流i10;L01层中敏感信号走线81在L02层的地铜箔G2产生反向回流电流i12(产生磁场强度为B12);L01层中敏感电源走线11在L02层的地铜箔G2产生反向回流电流i13(产生磁场强度为B13)。
i1、i2和i9、i11、i10、i12、i13不在同一层,且不直接共地,具体通过BUCK电路中BUCK输出电容38的负极焊盘52和地过孔21来短接L01层的地铜箔G1、L02层的地铜箔G2、L03层的地铜箔G3、L04层的地铜箔G4、L05层的地铜箔G5以及L06层的地铜箔G6。也就是敏感电源走线23在地铜箔G4的回流、敏感电源走线22在地铜箔G4的回流、敏感电源走线24在地铜箔G4的回流、敏感信号走线81在地铜箔G1的回流、敏感电源走线80在地铜箔G1的回流、L06层的电源铜箔63、L06层的电源铜箔61及L06层的电源铜箔62在L05层地铜箔G5的回流、L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53、BUCK输出电容38在L05层地铜箔G5的回流相互之间是分开的,它们之间不存在共地干扰,共地干扰经BUCK输出电容38的负极吸收和滤波后再短接。
L06层中的敏感信号走线82在L05层的地铜箔G51产生反向回流电流i14(产生磁场强度为B14),i1、i2和i14虽然都分布在L05层,但它们之间的回流地也是分开的,仅在BUCK电路中BUCK输出电容38的负极焊盘52和地过孔21将L05层的地铜箔G5和地铜箔G51短接,敏感电源走线82和L06层的电源铜箔63、61以及62、L06层的BUCK芯片36、电感37、铜箔53之间不存在干扰。
K2区域和K3区域的强干扰源不会对K1区域和对外接口产生传导和辐射。车载终端中可以采用ARM架构(属于RISC精简指令集)、MIPS架构(属于RISC精简指令集)、PowerPC架构(属于RISC精简指令集)、X86架构(属于CISC精简指令集)、APU(Accelerated ProcessingUnit,加速处理器)、NPU(Neural-network Processing Unit,嵌入式神经网络处理器)、GPU(Graphic Processing Unit,图形处理器)、DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit,专用集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array,现场可程式门阵列)、DPU(Data Processing Unit)等。以ARM架构为例,CPU工作频率高达0.5GHz~5GHz,CPU内核的翻转速度高达0.5GHz~5GHz,也就是CPU内核电源的翻转速度高达0.5GHz~5GHz,具备强烈的传导和辐射能力。车载终端的时钟信号有非常强烈的过冲和回沟,具备强烈的传导和辐射能力。内置LTE模组的最高工作频率达2.7GHz,LTE模组具备强烈的传导和辐射能力。当图7中的敏感器件222为LTE模组时,其容易受到K1区域的干扰,因此其既是敏感器件,也是强干扰源。LTE模组的电源管脚71通过L01层的电源铜箔600与电源过孔601、电容79的正极管脚76连接,电源过孔601与L03层的电源铜箔连接,给LTE模组提供电源。电容79的负极管脚77通地过孔78与L02层的地铜箔G2连接。LTE模组的敏感电源走线24通过敏感电源过孔601与电容79的正极管脚76、L01层中的电源走线600、LTE模组的电源管脚71连接,敏感电源过孔601与L03层中敏感电源走线24连接。LTE模组的地管脚70通过敏感地过孔42与L02层地铜箔G2电连接,电容79的负极管脚77通过地过孔78与L02层的地铜箔G2电连接。当LTE模组工作在703MHz~2.7GHz翻转时,敏感电源走线24通过电源过孔601、电容79的正极管脚76、敏感电源走线600向LTE模组的电源管脚71提供动态电源,在敏感地过孔42产生电流i4,电流方向从敏感电源走线24、电源过孔601、电容79的正极管脚76、敏感电源走线600流向LTE模组的电源管脚71,同时在LTE模组投影到L02层地铜箔G2的位置产生反向电流i5,在LTE模组的电源管脚71、电容79的正极管脚76、电源过孔601、L02层的地铜箔G2之间产生磁场B15;L03层的敏感电源走线24与L2地铜箔G2之间产生磁场B6。而电源铜箔63(与外接电源连接器30及输入滤波电容31连接)、电源铜箔61(与保险组件32及隔离元件33连接)、电源铜箔62(与隔离元件33、钳位元件34、BUCK输入电容35及BUCK芯片36连接)与L05层的地铜箔G5之间形成回流路径产生磁场B1,电源铜箔53(与BUCK芯片36及电感37连接)、电源铜箔40(与电感37及BUCK输出电容38连接)与L05层的地铜箔G5之间形成回流路径产生磁场B2。K1区域外接电源钳位滤波降压部分产生的磁场B1、磁场B2与磁场B6并不在同一相邻空间,因此它们之间不存在通过空间相互耦合,也即不存在磁场之间的耦合干扰。
敏感电源走线24、L02层的地铜箔G2在向LTE模组供电过程中,并没有与K1区域L05层的地铜箔G5直接共地,而是经过L02层的地铜箔G2大面积吸收和缓冲后与地过孔21连接,依次经过BUCK输出电容38的负极焊盘52及BUCK输出电容38的负极、L05层的地铜箔G5、BUCK输入电容35的负极焊盘10及BUCK输入电容35的负极、输入滤波电容31的负极焊盘8及输入滤波电容31的负极吸收,传导至外接电源连接器30、外接电缆输入89及汽车点烟口99已经非常微弱,也就是LTE模组的电源管脚71和地管脚70不会将800MHz~2.7GHz(尤其是800MHz~900MHz)的干扰噪声通过K1区域、外接电缆89、汽车点烟口99传导或辐射出去。
在另一个例子中,K1区域设置在PCB板88的左下角位置,而在K1区域投影在L04层的区域可以设置地铜箔G4、不敏感信号走线、不敏感电源走线,也就是L04层的不敏感信号走线参考K1区域的地铜箔G5,由于K1区域中L06层外接电源钳位滤波降压部分的参考地是L05层的地铜箔G5,因此L04层的不敏感信号走线与K1区域L06层的外接电源钳位滤波降压部分共地,不敏感信号走线出现问题的机率非常小。但高速数字信号走线等敏感信号走线不能设置在L04层,因为K1区域的地铜箔G5有较大噪声波动,会导致敏感信号走线受到干扰,例如音频信号走线出现异常的杂音、MIPI差分走线中眼图出现异常,导致图像质量出现问题等。K1区域投影在L03层的区域可以设置敏感电源走线24、敏感信号走线22等,敏感电源走线24、敏感信号走线22的参考地是L04层的地铜箔G4,K1区域L06层的外接电源钳位滤波降压部分的参考地是L05层的地铜箔G5,也就是L03层中的敏感电源走线24和敏感信号走线22与K1区域L06层的外接电源钳位滤波降压部分虽然在垂直方向的投影重叠,但它们之间并不共地,L03层中的敏感电源走线24和敏感信号走线22不会受到K1区域L06层的干扰。K1区域投影在L02层的区域既可以设置地铜箔G2、也可以设置敏感电源走线、敏感信号走线等,敏感电源走线、敏感信号走线的参考地是L01层的地铜箔G1或L03层的地铜箔G3,也就是L02层中的敏感电源走线和敏感信号走线与K1区域中L06层外接电源钳位滤波降压部分虽然在垂直方向的投影重叠,但它们之间并不共地,L02层中的敏感电源走线和敏感信号走线不会受到K1区域中L06层外接电源钳位滤波降压部分任何的干扰。K1区域投影在L01层的区域既可以设置地铜箔G1、也可以设置敏感电源走线、敏感信号走线等,敏感电源走线、敏感信号走线的参考地是L01层的地铜箔G2或L03层的地铜箔G3,也可以设置敏感器件。虽然K1区域中L06层外接电源钳位滤波降压部分在垂直方向的投影与L01层的敏感信号走线、敏感电源走线、敏感器件重叠,L06层外接电源钳位滤波降压部分并不与L01层的敏感信号走线/敏感电源走线/敏感器件共地,L01层的敏感信号走线、敏感电源走线、敏感器件不会受到L06层外接电源钳位滤波降压部分任何的干扰。
在L06层外接电源钳位滤波降压部分投影区域的L01~L03层可以设置敏感信号走线、敏感电源走线、敏感电源过孔、敏感信号过孔、敏感器件(其中,敏感器件仅设置在PCB板的表层),不会受到L06层外接电源钳位滤波降压部分任何的干扰,也就提高了PCB板88的布局布线的密度,提高了PCB板的利用率,节省了成本和PCB板的面积,但性能并没有降低。
图9给出了一种车载终端4层板电源部分层叠结构的垂直剖视图,与图7的区别在于:将图7中的L03层和L04层去掉了,图9中L03层和L04层与图7中------对应,且图9中的L02层设置有整板地铜箔G2,L01层的敏感电源走线80以L02层的地铜箔G2为回流参考地,L04层的K1区域以L03层的地铜箔G5为回流参考地,L01层的敏感电源走线80与L06层的K1区域并不是直接共地,都是通过在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置地过孔21来汇接,因此L01层的敏感电源走线80产生的噪声不会直接泄漏出去以造成EMI辐射或传导超标,L06层K1区域产生的噪声也不会影响L01层的敏感电源走线80。除上述区别之外,图9中的其它部分与图7都相同的。
图10给出了另一种车载终端4层板电源部分层叠结构的垂直剖视图。与图9之间的区别在于:去掉了图9中L01层的敏感器件222、电容79和敏感地过孔42,替换为地铜箔G11。而L01层的地铜箔G11在L02层的投影位置设置敏感信号走线802和敏感电源走线801。
表4
所在层数名称 | 各层的厚度 | 各层名称 |
L01 | 1.59mil | 表层铜厚 |
H11=3mil | PP | |
L02 | 1.2mil | 内部铜厚 |
H17=35.6mil | Core | |
L03 | 1.2mil | 内层铜厚 |
H15=3mil | PP | |
L04 | 1.59mil | 内层铜厚 |
表4给出了图10中4层1阶HDI板的层叠结构。如图10和表4所示,假设整个PCB板的厚度H8为1.2mm(67.244mil),L01层和L02层之间设置有盲孔,L03层和L04层之间设置有盲孔,L01层和L02层之间盲孔的厚度及L03层和L04层之间盲孔的厚度小于或等于3mil,也即L01层和L02层之间的PP厚度H11为3mil,L03层和L04层之间的PP厚度H15为3mil。L02层和L03层之间的Core厚度H17为35.6mil,L01层和L04层为表层,表层铜厚1.59mil;L02层和L03层为内层,内层铜厚1.2mil,L01层和L04层覆盖的油墨厚度为0.4mil。L02层的敏感电源走线801与L01层的地铜箔G11(属于K3区域)之间的距离为3mil,L02层的敏感电源走线801与L03层的地铜箔G3(属于K1区域)之间的距离为35.6mil。因此L02层的敏感电源走线801和敏感信号走线802主要以L01层的地铜箔G11为回流参考地。L02层的敏感电源走线801在L01层的地铜箔G11产生反向回流电流i16,L02层的敏感电源走线801与L01层的地铜箔G11之间产生回流磁场B16。L02层的敏感信号走线802在L01层的地铜箔G11产生反向回流电流i17,L02层的敏感信号走线802与L01层的地铜箔G11之间产生回流磁场B17。而L02层的敏感电源走线801和敏感信号走线802与L01层的地铜箔G11之间产生的回流电流几乎可以忽略不计,L02层的敏感电源走线801个敏感信号走线802与L01层的地铜箔G11之间产生回流磁场几乎可以忽略不计,因此L02层的敏感电源走线801和敏感信号走线802(属于K3区域)以L01层的地铜箔G11为回流参考地,L04层K1区域的外接电源钳位滤波降压部分以L03层的地铜箔G3为回流参考地(L03层的地铜箔G3属于K1区域),L02层的敏感电源走线801和敏感信号走线802与L04层K1区域的外接电源钳位滤波降压部分并不直接共地,都是通过在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置地过孔21来汇接,因此L02层的敏感电源走线801、敏感信号走线802产生的噪声不会直接泄漏出去以造成EMI辐射或传导超标,L06层的外接电源钳位滤波降压部分产生噪声也不会影响L01层的敏感电源走线80。除上述区别之外,图10中的其它部分与图9都相同的。
图11给出了图7中K1区域L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图。如图7和图11所示,K1区域L06层的外接电源钳位滤波降压部分中,从左到右的方向依次设置有外接电源连接器30、输入滤波电容31、保险组件32、隔离元件33、钳位元件34、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38。K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L05层的地铜箔G5的图形与K1区域的外接电源钳位滤波降压部分在L06层所占区域的图形基本一致,K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L05层的地铜箔G5可以等于或略大于K1区域的外接电源钳位滤波降压部分在L06层所占区域的面积。K1区域的外接电源钳位滤波降压部分在L06层的X方向所占的长度为H31,Y方向所占的宽度为W1,而K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L05层的地铜箔G5在X方向所占的长度为H32,Y方向所占的宽度为W2,则满足以下条件:H32≧H31;W≧W1。
因为K1区域的外接电源钳位滤波降压部分有各种噪声和高压尖峰浪涌,K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L05层的地铜箔G5完全覆盖K1区域的外接电源钳位滤波降压部分在L06层所占区域的图形,其目的是避免K1区域的外接电源钳位滤波降压部分与K2区域L05层的地铜箔G51、L05层的敏感信号走线、L05层敏感电源走线、L05层的电源过孔等相重叠,避免K1区域外接电源钳位滤波降压部分中的噪声通过分布电容耦合至K2区域L05层的地铜箔G51、L05层的敏感信号走线、L05层的敏感电源走线以及L05层的电源过孔,以免带来干扰造成功能异常或整机EMI辐射超标等。
如图11所示,为了使得K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域的地铜箔G51完全隔离,可以在K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域的地铜箔G51之间设置一个无铜箔的槽沟202,槽沟202的最小宽度为L1,槽沟202的宽度L1需要满足PCB板厂药水蚀刻能力的范围,也即满足L1≧0.15mm(约6mil),否则PCB板厂加工制造工艺达不到要求。K1区域L05层的地铜箔G5相当于是一个孤岛形状,与K2区域的地铜箔G51完全隔开。地过孔39、地过孔43、地过孔44、地过孔481、地过孔21在L05层只与L05层的地铜箔G5连接,地过孔39、地过孔43、地过孔44、地过孔481、地过孔21在L05层不与K2区域L05层的地铜箔G51直接连接。
外接电源连接器30的负极焊盘13与L06层的地铜箔G61连接,在外接电源连接器30的负极焊盘13设置地过孔39,地过孔39与L05层的地铜箔G5电连接;输入滤波电容31的负极焊盘8与L06层的地铜箔G61连接,在输入滤波电容31的负极焊盘8设置地过孔46,地过孔46与L05层的地铜箔G5连接;钳位元件34的负极焊盘6与L06层的地铜箔G61连接,在钳位元件34的负极焊盘6设置地过孔43,地过孔43与L05层的地铜箔G5连接;BUCK输入电容35的负极焊盘8与L06层的地铜箔G61连接,在BUCK输入电容35负极焊盘10设置地过孔44,地过孔44与L05层的地铜箔G5连接;BUCK芯片36的功率地焊盘98与L06层的地铜箔G61连接,在BUCK芯片36的功率地焊盘98设置地过孔481,地过孔481与L05层的地铜箔G5连接;BUCK输出电容38的负极焊盘52与L06层的地铜箔G61连接,在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置地过孔21,地过孔21与L05层的地铜箔G5连接。
需要说明是,图11中的地过孔39、地过孔46、地过孔43、地过孔44、地过孔481、地过孔21可以为设置在焊盘上的盲孔,也可以为电镀填平的树脂塞孔,以避免漏锡现象导致的焊接不良。如果地过孔39、地过孔46、地过孔43、地过孔44、地过孔481、地过孔21都为普通通孔,则它们只能靠近它们对应焊盘放置,不能将它们设置在它们对应焊盘上。地过孔39、地过孔46、地过孔43、地过孔44、地过孔481、地过孔21离它们对应焊盘边缘约有0~10mil最佳,可以保持良好接地性能,同时它们对应焊盘不会出现漏锡现象,导致焊接不良。
BUCK芯片36本体的底部设置了散热焊盘90,在如图7和11所示的例子中,在散热焊盘90上设置地过孔20,其与L06层的地铜箔G61和L05层的地铜箔G5均不连接,只与L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3以及L01层的地铜箔G1连接,将BUCK芯片36工作产生的热量传导至L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3以及L01层的地铜箔G1,可以降低BUCK芯片36的工作温度。
如图11所示,外接电源连接器30的负极焊盘13、与外接电源连接器30的负极焊盘13相连接的地过孔39、输入滤波电容31的负极焊盘8、与输入滤波电容31的负极焊盘8相连接的地过孔46、钳位元件34的负极焊盘6、与钳位元件34的负极焊盘6相连接的地过孔43、BUCK输出电容38的负极焊盘52、与BUCK输出电容38的负极焊盘52相连接的地过孔21以及L06层的地铜箔G61都要与L06层的地铜箔G6全部隔开,也即在L06层不连接。因为外接电源连接器30的负极焊盘13、与外接电源连接器30的负极焊盘13相连接的地过孔39、输入滤波电容31的负极焊盘8、与输入滤波电容31的负极焊盘8相连接的地过孔46、钳位元件34的负极焊盘6、与钳位元件34的负极焊盘6相连接的地过孔43、BUCK输出电容38的负极焊盘52、与BUCK输出电容38的负极焊盘52相连接的地过孔21、L06层的地铜箔G61都属于K1区域的强干扰源部分,而L06层的地铜箔G6属于K2区域,它们在L06层不直接连接,相当于L06层的地铜箔G61是一个孤岛。L06层的地铜箔G61与L06层的地铜箔G6之间设置一个无铜箔的槽沟908,L06层的地铜箔G61与L06层的地铜箔G6之间最小间距为L2,也就是槽沟908最小宽度为L2,L2需要在PCB板厂蚀刻能力的范围之内,满足L2≧0.1mm(约4mil),否则PCB板厂加工制造工艺达不到要求。
具体地,地过孔20可以为通孔,还可以为埋孔与盲孔的组合方式。
图12给出了BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的剖视图。当地过孔21设置为盲孔时,地过孔21从L06层的地铜箔G61连接至L05层的地铜箔G5,在L05层靠近地过孔21的地铜箔G5设置埋孔200,埋孔200通过L05层的地铜箔G5与地过孔21连接,埋孔200分别与L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3连接;在L02层靠近埋孔200的地铜箔G2设置盲孔201,埋孔200通过L02层的地铜箔G2与盲孔201连接,盲孔201与L01层的地铜箔G1连接。
BUCK芯片36的功率地焊盘98的正极焊盘9靠近BUCK芯片36的输入电源焊盘16,BUCK输入电容35的负极焊盘8靠近BUCK芯片36的功率地焊盘98,减小BUCK电路A输入端的功率回路,降低噪声环路面积,以减小通过外接电源钳位滤波降压部分(K1区域)、外接电缆89对外传导噪声,避免造成EMI传导超标或辐射超标。电感37的焊盘18靠近BUCK芯片36的功率焊盘48,BUCK输出电容38的正极焊盘52靠近电感37的焊盘19,BUCK输出电容38的负极焊盘52靠近BUCK芯片36的功率地焊盘98,减小BUCK电路A的输出端功率回路,降低噪声环路面积,以减小通过外接电源钳位滤波降压部分、外接电缆89对外传导噪声,造成EMI传导超标或辐射超标,同时减小BUCK电路A对PCB板88中敏感部分K2区域的敏感器件、敏感走线、敏感信号孔、敏感电源孔的干扰,避免出现功能异常。
图13给出了BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。在图12的基础上,图13将L03层靠近地过孔200(埋孔)的位置设置了时钟走线700和时钟走线701,在时钟走线700左边为地铜箔G3,在时钟走线700右边为地铜箔G3,在时钟走线701左边为地铜箔G3,在时钟走线701右边为地铜箔G3,也就是时钟走线700和时钟走线701之间都灌注了地铜箔G3。由于时钟走线700和时钟走线701有非常高的辐射和传导骚扰能力,时钟走线700和时钟走线701同层相邻地铜箔G3也会有较强传导骚扰能力,所以在时钟走线700和时钟走线701之间地铜箔G3并没有与地过孔200直接电连接(埋孔200与地铜箔G3在左边的间隙为703,埋孔200与地铜箔G3在右边的间隙为702),这样就可以避免时钟走线700和时钟走线701附近的地铜箔G3将时钟走线700和时钟走线701的噪声直接传导给地过孔200和地过孔21(激光孔),再通过K1区域的外接电源钳位滤波降压部分、外接电源连接器30传导给外接电缆89,造成EMI传导超标或辐射超标的风险。而L03层的地铜箔G3与L02层的地铜箔G2、L04层的地铜箔G4通过远端的地过孔708电连接。BUCK输出电容的地过孔200可以将L05层与L04层、L03层、L02层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接。
图14给出了BUCK输出电容的地过孔采用通孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。在图13的基础上,图14将地过孔200(埋孔)和地过孔21(盲孔)改成地过孔221(通孔),而L03层的地铜箔G3与L02层的地铜箔G2、L04层的地铜箔G4通过远端的地过孔709电连接。BUCK输出电容38的负极焊盘52与地过孔221之间间距L1≥0,地过孔221在L06层的投影不建议设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52,否则容易造成BUCK输出电容38的负极焊盘52出现漏锡现象,避免BUCK输出电容38的负极焊盘52造成虚焊、假焊带来开路问题。图14其它部分特征及作用与图13都是一样,不再重复描述。将L03层靠近地过孔200(通孔)位置设置了时钟走线700、时钟走线701,在时钟走线700左边为地铜箔G3,在时钟走线700右边为地铜箔G3,在时钟走线701左边为地铜箔G3,在时钟走线701右边为地铜箔G3,也就是时钟走线700、时钟走线701之间都灌注了地铜箔G3。由于时钟走线700、时钟走线701有非常高的辐射和传导骚扰能力,时钟走线700、时钟走线701同层相邻地铜箔G3也会有较强传导骚扰能力,所以在时钟走线700、时钟走线701之间地铜箔G3并没有与地过孔221直接电连接,这样就可以避免时钟走线700、时钟走线701附近的地铜箔G3将时钟走线700、时钟走线701的噪声直接传导给地过孔221,再通过K1区域的外接电源钳位滤波降压部分、外接电源连接器30传导给外接电缆89,造成EMI传导超标或辐射超标的风险。L02层的地铜箔G2通过远离地过孔21位置通地过孔709与L04层的地铜箔G4电连接。
BUCK输出电容的地过孔21(通孔)可以将L05层与L04层、L03层、L02层、L01层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接;或BUCK输出电容的地过孔21可以将L06层与L04层、L03层、L02层、L01层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接;或BUCK输出电容的地过孔21可以将L05层、L06层与L04层、L03层、L02层、L01层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接。
图15给出了BUCK输出电容的地过孔采用通孔(树脂塞孔)在6层板层叠结构中的又一剖视图。与图14比较,图15将地过孔221(通孔)改成地过孔212(树脂塞孔),将地过孔212(树脂塞孔)在L06层的投影设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52,同时地过孔200在BUCK输出电容38的负极焊盘52轨迹位置电镀填平,这样BUCK输出电容38的负极焊盘52就没有普通通孔的凹陷带来漏锡现象,也就会出现虚焊、假焊带来的开路问题。在L02层的地铜箔G2远离地过孔212(树脂塞孔)位置设置了地过孔709,地过孔709将L02层的地铜箔G2与L04层的地铜箔G4电连接。图15其它部分特征及作用与图14都是一样,不再重复描述。BUCK输出电容的地过孔21(树脂塞孔)可以将L05层、L06层或者L05层和L06层与L04层、L03层、L02层和L01层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接。
图16给出了BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。在图13的基础上,图16在L03层中的靠近埋孔200位置的左边地铜箔G3(埋孔200与地铜箔G3左边间隙为703)去掉,从间隙703左到依次设置信号走线715、信号走线714、电源走线713。L03层中的靠近埋孔200位置的右边地铜箔G3(埋孔200与地铜箔G3右边间隙为705)去掉,从间隙702左到依次设置信号走线716、信号走线717、信号走线718。也就是因在L03层靠近埋孔200位置设置有较密集的信号走线或电源走线(信号走线715、信号走线714、电源走线713、信号走线716、信号走线717、信号走线718),因此埋孔200不能与L03层中的地铜箔G3进行电连接,但埋孔200通地过孔21与L06层的地铜箔G61、地铜箔G6电连接,埋孔200通地过孔201与L01层的地铜箔G1电连接,埋孔200与L05层的地铜箔G51、地铜箔G5、L04层的地铜箔G4、L02层的地铜箔G2电连接。L02层的地铜箔G2通过远离地过孔21位置通地过孔708与L04层的地铜箔G4电连接。图16其它部分特征及作用与图13都是一样,不再重复描述。BUCK输出电容的地过孔即埋孔200可以将L05层与L04层、L03层、L02层中的任意一层或多层地铜箔直接电连接。
图17给出了BUCK输出电容的地过孔采用埋孔和盲孔在6层板层叠结构中的又一剖视图。在图16的基础上,图17中在L02层中的靠近埋孔200位置的激光孔201去掉,且在L01层的激光孔201位置设置了信号走线729、信号走线730等。也就是在靠近埋孔200在L01层的投影位置,因走线密度较高,无法设置激光孔201与埋孔200直接电连接,所以埋孔200没有通过激光孔与L01层的地铜箔G1电连接,而是在远离埋孔200位置的地过孔708将L01层的地铜箔G1、L02层地铜箔G2、L04层地铜箔G4电连接,其中,地过孔708在L02层地铜箔G2、L04层地铜箔G4分别与埋孔200电连接。
图18给出又一种K1区域L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图,与图13之间的区别在于,图18中的地过孔21为树脂塞孔和电镀填平的通孔,也就是地过孔21可以贯穿PCB板88的整板厚度,同时地过孔21可以设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52上,不会出现普通通孔漏锡现象,引起BUCK输出电容38的负极焊盘52的缺少焊锡带来的BUCK输出电容38出现虚焊问题,导致BUCK输出电容38失去作用(BUCK电路A输出电压不正常,纹波超标等异常现象)。在地过孔21内部填充树脂,然后在BUCK输出电容38的负极焊盘52被钻头钻掉的焊盘,用电镀填平,也即BUCK输出电容38的负极焊盘52不会出现地过孔21漏锡的现象。而地过孔21在垂直PCB板方向贯穿PCB板的整板,则可以让地过孔21与BUCK输出电容38的负极焊盘52、K1区域L06层的地铜箔G61、K1区域L05层的地铜箔G5、K3区域L04层的地铜箔G4、K3区域L03层的地铜箔G3、K3区域L02层的地铜箔G2、K3区域的L01层的地铜箔G1连接。由于地过孔21设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52上,而BUCK输出电容38的负极焊盘52有吸收噪声和尖峰的作用,所以地过孔21可以将K1区域的L06层的地铜箔G61、K1区域的L05层的地铜箔G5、K3区域的L04层的地铜箔G4、K3区域的L03层的地铜箔G3、K3区域的L02层的地铜箔G2、K3区域的L01层的地铜箔G1汇接在一起,不会相互之间传导噪声、尖峰。除上述区别之外,图18中的其它部分与图13都是相同的。
图19给出了又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图,与图18之间的区别在于,图19中的BUCK输出电容38的负极焊盘52不仅与K1区域的地铜箔G61连接,还与K2区域的地铜箔G6连接。从BUCK输出电容38的负极焊盘52的垂直方向引出地铜箔991,将K1区域的地铜箔G61和K2区域的地铜箔G6在BUCK输出电容38的负极焊盘52的位置汇接,而在远离BUCK输出电容38的负极焊盘52的位置需要将K1区域的地铜箔G61与K2区域的地铜箔G6全部隔开,也即K1区域L06层的地铜箔G61和K2区域L06层的地铜箔G6只能通过地铜箔991在BUCK输出电容38的负极焊盘52的位置汇接在一起,其它位置都需要开槽处理,相当于K1区域L06层的地铜箔G61是一个半岛。这种连接方式符合EMC和电源设计要求:BUCK输出电容38的负极焊盘52汇接两个不同地铜箔,BUCK输出电容38的负极能吸收L06层地铜箔G61中噪声,也即地铜箔991是干净的地铜箔。另外,在靠近BUCK输出电容38的负极焊盘52、地铜箔991与K2区域的地铜箔G6连接的位置设置了地过孔21(可以为通孔,也可以为埋孔),地过孔21与L05层的地铜箔G51(属于K2区域)连接。当地过孔21为通孔时,地过孔21只设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52附近,不能设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52上,避免漏锡。当地过孔21为盲孔时,地过孔21只能直接将地铜箔991与L05层的地铜箔G5连接。地过孔21为通孔时,地过孔21还可以分别与L04层的地铜箔G4、L05层的地铜箔G5、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1连接。经BUCK输出电容38的负极能吸收L06层地铜箔G61中噪声的地过孔是干净地过孔,因此与L05层的地铜箔G51、L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G5、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1连接,不会将K2区域的地铜箔G6中的噪声传导给L05层的地铜箔G51、L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G5、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1。除上述区别之外,图19中的其它部分与图18都是相同的。
图20给出了又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图,与图18之间的区别在于:图20中在L05层的地铜箔G5靠近地过孔21的位置在垂直方向用地铜箔990将K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51短接,也即在L05层地过孔21的位置通过地铜箔990将K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51汇接在一起。由于地过孔21设置在BUCK输出电容38的负极焊盘52上,K1区域L05层的地铜箔G5和K1区域L06层的地铜箔G61中的噪声和波动都是经过输入滤波电容31的负极、钳位元件34的负极、BUCK输入电容35负极、BUCK输出电容38的负极吸收干净后,再通过L05层的地铜箔990与K2区域L05层地铜箔的G51连接,因此L05层的地过孔21和地铜箔990都是干净的地,在L05层地过孔21的位置通过地铜箔990将K1区域L05层的地铜箔G5与K2区域L05层的地铜箔G51汇接在一起,K1区域L05层的地铜箔G5中的噪声和波动不会影响K2区域L05层的地铜箔G51,符合EMC和电源设计的要求。除上述区别之外,图20中的其它部分与图18都是相同的,
图21给出了又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图,与图18之间的区别在于:去掉图18中L06层的地铜箔G61,在外接电源连接器30的负极焊盘13设置地过孔39与L05层的地铜箔G5电连接;在输入滤波电容31的负极焊盘8设置地过孔46与L05层的地铜箔G5连接;在钳位元件34的负极焊盘6设置地过孔43与L05层的地铜箔G5连接;在BUCK输入电容35负极焊盘10设置地过孔44与L05层的地铜箔G5连接;在BUCK芯片36的功率地焊盘98设置地过孔481与L05层的地铜箔G5连接,在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置地过孔21与L05层的地铜箔G5连接;也即外接电源连接器30的负极焊盘13、钳位元件34的负极焊盘6、输入滤波电容31的负极焊盘8、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK输出电容38的负极焊盘52在L06层不连接,而是通过L05层的地铜箔G5来连接。而BUCK输出电容38的负极焊盘52通地过孔21(树脂塞孔电镀填平通孔)来与L01层的地铜箔G1、L02层的地铜箔G2、L03层的地铜箔G3、L04层的地铜箔G4、L05层的地铜箔G5电连接。这种情况出现在PCB板密度非常高应用场景中。K2区域的地铜箔G6在L06层不能与外接电源连接器30的负极焊盘13、地过孔46、钳位元件34的负极焊盘6、地过孔43、输入滤波电容31的负极焊盘8、地过孔44、BUCK芯片36的功率地焊盘98、地过孔481、BUCK输出电容38、地过孔21连接。除上述区别之外,图21中的其它部分与图18都是相同的。
图22给出了又一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的PCB布局的俯视图,在图21的基础上,图22将L06层的地铜箔G6通过L06层的铜箔808直接与BUCK输出电容38的负极焊盘52电连接。也就是与图21方案一样,去掉图18中L06层的地铜箔G61,在外接电源连接器30的负极焊盘13设置地过孔39与L05层的地铜箔G5电连接;在输入滤波电容31的负极焊盘8设置地过孔46与L05层的地铜箔G5连接;在钳位元件34的负极焊盘6设置地过孔43与L05层的地铜箔G5连接;在BUCK输入电容35负极焊盘10设置地过孔44与L05层的地铜箔G5连接;在BUCK芯片36的功率地焊盘98设置地过孔481与L05层的地铜箔G5连接,在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置地过孔21与L05层的地铜箔G5连接;也即外接电源连接器30的负极焊盘13、钳位元件34的负极焊盘6、输入滤波电容31的负极焊盘8、BUCK芯片36的功率地焊盘98、在L06层不直接连接,而是通过L05层的地铜箔G5来连接。而BUCK输出电容38的负极焊盘52通过地过孔21(树脂塞孔电镀填平通孔)来与L01层的地铜箔G1、L02层的地铜箔G2、L03层的地铜箔G3、L04层的地铜箔G4、L05层的地铜箔G5电连接,又通过L06层的铜箔808与L06层的地铜箔G6电连接。
如图18-22所示,K1区域的外接电源钳位滤波降压部分设置在PCB板L06层的左下方,而K1区域的外接电源钳位滤波降压部分有各种干扰噪声和摆幅高达174V的浪涌(对应24V汽车供电系统),按常规设计,由于容易受到K1区域的外接电源钳位滤波降压部分的干扰,因此在K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L01层的区域不能放置任何敏感器件,且在K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L01~L04层的区域也不能设置任何敏感线路(包括敏感信号走线、敏感电源走线、敏感电源过孔、敏感信号过孔等、敏感器件焊盘等),否则敏感器件和敏感线路容易将其携带的噪声通过K1区域的外接电源钳位滤波降压部分、外接电缆89以及汽车点烟口99传导辐射出去,从而导致产品的EMI辐射、传导测试指标超标。
上述实施例中,通过将L06层的外接电源钳位滤波降压部分及其投影在L05层的区域划分为独立的K1区域,其中,投影在L05层的区域用于设置独立的地铜箔G5,使得可以在K1区域的外接电源钳位滤波降压部分投影在L01层的区域放置各种敏感器件,以及投影在L01层~L04层的区域也可以设置各种敏感线路,它们之间相互不会受到干扰,这样大大增加了车载终端中PCB板的器件布局密度和布线密度,降低了对PCB板层数的要求以及对PCB板器件布局和布线面积的要求。
图23给出了另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图。与图6之间的区别在于:在隔离元件33和BUCK输入电容35之间插入了一个共模电感888,共模电感888的焊盘101与钳位元件34的焊盘5、隔离元件33的阴极焊盘4电连接,L05层设置有地铜箔G52;共模电感888的焊盘102与钳位元件34的焊盘6、输入滤波电容31的负极焊盘8电连接;共模电感888的焊盘103与BUCK输入电容35正极焊盘9、BUCK芯片36输入电源的焊盘16电连接;共模电感888的焊盘104与BUCK输入电容35的正极焊盘10、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK输出电容38的负极焊盘98、BUCK输出电容38的负极焊盘52电连接,L05层设置有地铜箔G5;共模电感888将整个外接电源钳位滤波降压部分分成两个部分,在共模电感888的左边包括输入滤波电容31、保险组件32、隔离元件33、钳位元件34,共模电感888的右边为BUCK电路。其中,BUCK电路包括BUCK输入电容35、BUCK芯片36、电感37、BUCK输出电容38等。
PCB板88中的敏感器件会可能产生共模噪声,而来自汽车点烟口99的输入电源也会有共模噪声,因此需要在K1区域的外接电源钳位滤波降压部分增加一个共模电感888来抑制PCB板88内的共模噪声或来自汽车点烟口99的共模噪声。
对于共模电感888的选型需要关注以下三个参数:电流、共模插入损耗(满足高频滤波应用)、电压。共模电感888需要满足车载终端外接电源钳位滤波降压部分的最大通流要求,以免过流带来磁饱和,导致共模电感888失效,同时要避免过流带来共模电感888烧坏问题。共模电感888的耐压需要满足外接电源钳位滤波降压部分从汽车点烟口99注入最高电压的要求,避免过压导致共模电感888发生击穿烧坏。共模电感888的共模插入损耗可用阻抗特性曲线图来表达。
图24给出了另一种车载终端外接电源钳位滤波降压部分的方框图,与图23之间的区别在于:将图23中的共模电感888替换为两个独立的差模电感,包括差模电感886和差模电感887,差模电感886的焊盘108与钳位元件34的焊盘5、隔离元件33的阴极焊盘4电连接;差模电感886的焊盘109与BUCK输入电容35的正极焊盘9、BUCK芯片36输入电源的焊盘16电连接;差模电感887的焊盘106与钳位元件34的焊盘6、输入滤波电容31负极焊盘8电连接;差模电感887的焊盘107与BUCK输入电容35正极焊盘10、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK输出电容38的负极焊盘98、BUCK输出电容38的负极焊盘52电连接。差模电感886和差模电感887对抑制来自汽车点烟口99的差模噪声有良好抑制作用。除上述区别之外,图24的其它部分与图23都是相同的。
差模电感886和差模电感887的共模插入损耗可用阻抗特性曲线图来表达。对于差模电感886、差模电感887的选型要关注三个参数:电流、差模插入损耗(满足高频滤波应用)、电压。差模电感886、差模电感887需要满足车载终端外接电源钳位滤波降压部分最大通流要求,以免过流带来磁饱和,导致共模电感失效,同时要避免过流带来差模电感886、差模电感887烧坏问题。差模电感886、差模电感887的耐压需要满足外接电源钳位滤波降压部分从汽车点烟口99注入最高电压的要求。
车载终端的外接电源钳位滤波降压部分必须在30MHz以上有很好的共模抑制能力,因为车载终端的传导在150kHz~30MHz出很容易超标,而且辐射测试时30~200MHz也是最容易超标的频段。图25给出了外接电源钳位滤波降压部分中的共模电感和差模电感的阻抗特性曲线图。如图23-25所示,图25中的曲线B1为图23方案中的共模电感888阻抗特性曲线图,曲线B11为图24中差模电感886和差模电感887的阻抗特性曲线图。
从图25可以得知共模电感888的谐振点A1在170MHz~185MHz,谐振点A1的阻抗约900欧;共模电感888在10MHz时的阻抗约65欧,共模电感888在20MHz时的阻抗约140欧,共模电感888在30MHz时的阻抗约190欧,在共模电感888的谐振点A1阻抗达到最大值(170MHz~185MHz)。也即在150kHz~30MHz的传导测试频段有一定阻抗的抑制作用,而在30~200MHz测试频段有非常高的阻抗抑制作用。
从图25中还可以得知差模电感886和差模电感887在10MHz时的阻抗约5.3欧,差模电感886和差模电感887在20MHz时的阻抗约10欧,共模电感888在30MHz时的阻抗约15欧,在差模电感886和差模电感887的谐振点A11阻抗达到最大值110欧(约800MHz)。也就是在150kHz~30MHz的传导测试频段的抑制作用有限,200MHz的阻抗约50欧。差模电感886、差模电感887虽然在性能比共模电感888稍差点,但差模电感886和差模电感887在PCB布局方面比较灵活,且成本比共模电感888更低。
图27给出了又一种车载终端的外接电源钳位滤波降压部分L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图,图26给出了图27中外接电源钳位滤波降压部分的方框图。图26与图23之间的区别在于:将图23中的钳位元件34靠近外接电源连接器30放置,也即图26-27中钳位元件34的焊盘6通过L06层的地铜箔G62与外接电源连接器30的负极焊盘13、输入滤波电容31的负极焊盘8、共模电感888的焊盘102连接;钳位元件34的焊盘5通过L06层的电源铜箔63与外接电源连接器30的正极焊盘12、输入滤波电容31的正极焊盘7、共模电感888的焊盘101连接;钳位元件34尽可能靠近外接电源连接器30,缩短钳位元件34与外接电源连接器30之间走线长度。而输入滤波电容31靠近钳位元件34并列放置,共模电感888靠近输入滤波电容31并列放置。共模电感888的焊盘103通过电源铜箔69与保险组件32的焊盘1连接,保险组件32的焊盘2通过电源铜箔61与隔离元件33的焊盘3连接,隔离元件33的焊盘4通过电源铜箔62与BUCK输入电容35的正极焊盘9、BUKC芯片36的输入电源焊盘16连接;共模电感888的焊盘104通过地铜箔G61与BUCK输入电容35的焊盘10、BUCK芯片36的功率地焊盘98、BUCK输出电容38的焊盘52连接。
由于共模电感888的焊盘102和焊盘104将外接电源钳位滤波降压部分在L06层的地铜箔分成地铜箔G62和地铜箔G61,同时在外接电源钳位滤波降压部分在L05层的地铜箔分成地铜箔G52和地铜箔G5。外接电源连接器30及其正极焊盘12和负极焊盘13、钳位元件34及其焊盘6和焊盘5、共模电感888的焊盘101和焊盘102、L06层的电源铜箔63、L06层的地铜箔G62在L05层投影的轨迹全部落在L05层的地铜箔G52上,也即L05层的地铜箔G52在L06层投影的轨迹要全部覆盖外接电源连接器30及其正极焊盘12和负极焊盘13、钳位元件34及其焊盘6和焊盘5、共模电感888的焊盘101和焊盘102、L06层的电源铜箔63、L06层的地铜箔G62。L05层地铜箔G52的面积可以大于等于外接电源连接器30及其正极焊盘12和负极焊盘13、钳位元件34及其焊盘6和焊盘5、共模电感888的焊盘101和焊盘102、L06层的电源铜箔63以及L06层的地铜箔G62所占的面积,以使得外接电源连接器30及其正极焊盘12和负极焊盘13、钳位元件34及其焊盘6和焊盘5、共模电感888的焊盘101和焊盘102、L06层的电源铜箔63、L06层的地铜箔G62与L05层的地铜箔G52形成平板电容,既可以将外接电源连接器30及其正极焊盘12和负极焊盘13、钳位元件34及其焊盘6和焊盘5、共模电感888的焊盘101和焊盘102、L06层的电源铜箔63以及L06层的地铜箔G62产生噪声与L05层的地铜箔G52形成脉冲电场和回流磁场对外泄漏,同时该平板电容回路面积非常小,对外辐射产生耦合磁场和耦合电场非常小,可以避免K1区域产生的噪声和浪涌对PCB板88的K2区域和K3区域产生干扰,同时也可以避免K2区域和K3区域产生的噪声通过传导和辐射方式的耦合至K1区域,以造成外接电缆89、汽车点烟口99的EMI的传导和辐射超标。
共模电感888的焊盘103和焊盘104、保险组件32及其焊盘1和焊盘2、隔离元件33及其焊盘3和焊盘4、BUCK输入电容35及其负极焊盘8和正极焊盘9、BUCK芯片36及其输入电源焊盘16、散热管脚90、功率地焊盘98和功率焊盘48、电感37及其焊盘18和焊盘19、BUCK输出电容38及其负极焊盘52和正极焊盘51、L06层的地铜箔G61、铜箔53、电源铜箔40在L05层的投影轨迹全部落在L05层的地铜箔G5上,也就是L05层的地铜箔G5在L06层的投影轨迹要全部覆盖共模电感888的焊盘103和焊盘104、保险组件32及其焊盘1和焊盘2、隔离元件33及其焊盘3和焊盘4、BUCK输入电容35及其负极焊盘8和正极焊盘9、BUCK芯片36及其输入电源焊盘16、散热管脚90、功率地焊盘98和功率焊盘48、电感37及其焊盘18和焊盘19、BUCK输出电容38及其负极焊盘52和正极焊盘51、L06层的地铜箔G61、铜箔53、电源铜箔40。
L05层的地铜箔G5面积可以大于等于共模电感888的焊盘103和焊盘104、保险组件32及其焊盘1和焊盘2、隔离元件33及其焊盘3和焊盘4、BUCK输入电容35及其负极焊盘8和正极焊盘9、BUCK芯片36及其输入电源焊盘16、散热管脚90、功率地焊盘98和功率焊盘48、电感37及其焊盘18和焊盘19、BUCK输出电容38及其负极焊盘52和正极焊盘51、L06层的地铜箔G61、铜箔53以及电源铜箔40所占的面积,以使得共模电感888的焊盘103和焊盘104、保险组件32及其焊盘1和焊盘2、隔离元件33及其焊盘3和焊盘4、BUCK输入电容35及其负极焊盘8和正极焊盘9、BUCK芯片36及其输入电源焊盘16、散热管脚90、功率地焊盘98和功率焊盘48、电感37及其焊盘18和焊盘19、BUCK输出电容38及其负极焊盘52和正极焊盘51、L06层的地铜箔G61、铜箔53、电源铜箔40与L05层的地铜箔G5形成平板电容回路面积非常小,对外辐射产生耦合磁场和耦合电场非常小,也就避免K1区域产生的噪声和浪涌对PCB板的K2区域和K3区域产生干扰。同时也可以避免K2区域和K3区域产生的噪声通过传导和辐射的方式耦合至共模电感888的焊盘103和焊盘104、保险组件32及其焊盘1和焊盘2、隔离元件33及其焊盘3和焊盘4、BUCK输入电容35及其负极焊盘8和正极焊盘9、BUCK芯片36及其输入电源焊盘16、散热管脚90、功率地焊盘98和功率焊盘48、电感37及其焊盘18和焊盘19、BUCK输出电容38及其负极焊盘52和正极焊盘51、L06层的地铜箔G61、铜箔53、电源铜箔40,以造成外接电缆89、汽车点烟口99的EMI的传导和辐射超标。
共模电感888的焊盘101与共模电感888的焊盘103之间的距离为W3(共模电感888的焊盘102与共模电感888的焊盘104之间的距离为W3)。由于L05层的地铜箔G52和L05层的地铜箔G5在L05层是断开的,它们之间有个间隙998,其宽度为W4,则有W4=W3。由于L05层的间隙998投影在其它层(包括L01层~L04层和L06层)的区域有地铜箔,会导致共模电感888与其它层中的地铜箔产生容性耦合的作用,使共模电感的作用在一定程度上丧失,因此需要对L05层的间隙998投影在L01层~L04层、L06层的区域进行净空处理。
具体地,电源铜箔63朝右的轨迹不能超过焊盘101的右边缘,地铜箔G62不能超过焊盘102的右边缘,电源铜箔69朝右的轨迹不能超过焊盘103的左边缘,地铜箔G61不能超过焊盘104的左边缘。地铜箔G52的最右边的轨迹不能超过焊盘101或焊盘102在L05层投影区域的右边缘,地铜箔G5的最左边的轨迹不能超过焊盘103或焊盘104在L05层投影区域的左边缘。
在一个具体的例子中,在L05层,K1区域的地铜箔G52不能与K1区域的地铜箔G5和K2区域地铜箔G51有任何直接连接关系。也就是K1区域的地铜箔G52是一个孤岛形状。
在另一个具体的例子中,在L05层,K1区域的地铜箔G5不能与K1区域的地铜箔G52任何直接连接关系,可以不与K2区域地铜箔G51有任何直接连接关系,也就是K1区域的地铜箔G5可以为一个孤岛形状。
在又一个具体的例子中,在L05层,K1区域的地铜箔G5不能与K1区域的地铜箔G52任何直接连接关系,可以与K2区域地铜箔G51与地过孔21位置短接,也就是K1区域的地铜箔G5可以为一个半岛形状。其中,若地过孔21为电镀填平树脂塞孔或者盲孔类型,则可以将地过孔21设置在BUCK输出电容38的负极焊盘51上;若地过孔21为普通过孔时,则可以将地过孔21设置在距离BUCK输出电容38的负极焊盘51的1mm以内。
外接电源连接器30注入的浪涌和噪声经钳位元件34吸收、输入滤波电容31滤波后,经保险组件32、隔离元件33注入至共模电感888,再经过共模电感888抑制噪声后,经BUCK输入电容35进行滤波及储能,再输入至BUCK芯片36,经BUCK芯片36内置MOSFET开/关,控制电感37和BUCK输出电容38充放电,在BUCK输出电容38的输出端产生稳定的Vcc,提供给PCB板88整机供电。
如图27所示,地过孔21采用树脂塞孔电镀填平过孔,地过孔21将L06层的地铜箔G61、L05层的地铜箔G5、BUCK输出电容38的负极焊盘52及L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1连接。
图29给出了又一种车载终端的外接电源钳位滤波降压部分L06层的PCB布局俯视图和L05层的PCB布局水平剖视图,图28给出了图29中外接电源钳位滤波降压部分的方框图。图28与图6之间的区别在于:将图6中的钳位元件34靠近外接电源连接器30放置,也即图28和29中钳位元件34的焊盘6通过L06层的地铜箔G62与外接电源连接器30的负极焊盘13、输入滤波电容31的负极焊盘8、BUCK输入电容35的负极焊盘10、BUCK芯片36的功率地焊盘98、输出电容38的负极焊盘52连接;图28和29中钳位元件34的焊盘5通过L06层的电源铜箔G63与外接电源连接器30的正极焊盘12、输入滤波电容31的正极焊盘7、保险组件32的焊盘1连接,保险组件32的焊盘2通过电源铜箔61与隔离元件33的焊盘3连接,隔离元件33的焊盘4通过电源铜箔62与BUCK输入电容35的正极焊盘9、BUCK芯片36的输入电源焊盘16连接;BUCK芯片36功率焊盘48通过铜箔53与电感37的焊盘18连接;电感37的焊盘19铜箔53与电源铜箔40与BUCK输出电容38的正极焊盘51连接。
在一个具体的例子中,在L05层,K1区域的地铜箔G5可以不与K2区域地铜箔G51有任何直接连接关系,也就是K1区域的地铜箔G5可以为一个孤岛形状。在另一个具体的例子中,在L05层,K1区域的地铜箔G5也可以在可以与K2区域地铜箔G51与地过孔21位置短接,也就是K1区域的地铜箔G5可以为一个半岛形状。其中,若地过孔21为电镀填平树脂塞孔或者盲孔类型时,则可以将地过孔21设置在BUCK输出电容38的负极焊盘51上;若地过孔21为普通过孔时,则可以将地过孔21设置在距离BUCK输出电容38的负极焊盘51的1mm以内)
结合图12和29,地过孔21为L05层到L06层的盲孔,直接设置在BUCK输出电容38的负极焊盘51上,地过孔21在BUCK输出电容38负极焊盘51的位置将L06层的地铜箔G61与L05层的地铜箔G5连接,同时在地过孔21附近设置埋孔200,地过孔21通过L05层的地铜箔G5与埋孔200连接,埋孔200与L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3、L02层的地铜箔G2连接,埋孔200通过L02层的地铜箔G2与盲孔201连接,盲孔201与L01层的地铜箔G1连接。
图30给出了一种车载终端6层板电源部分层叠结构的俯视图。图30是图7的俯视图方案之一。外接电源钳位滤波降压区域K1设置在PCB板88的L06层,外接电源钳位滤波降压区域K1设置在PCB板88的偏左大致居中位置,L06层的地铜箔G6包围了外接电源钳位滤波降压区域K1,也就是L06层的地铜箔G6与外接电源钳位滤波降压区域K1之间通过间隙908(无铜区域)连接,外接电源钳位滤波降压区域K1处于孤岛形状。在BUCK输出电容38的负极焊盘52设置了地过孔21(树脂塞孔电镀填平),L06层的地铜箔G61通过BUCK输出电容38的负极焊盘52与内层地铜箔电连接。
图31给出了另一种车载终端6层板电源部分层叠结构的俯视图。图31是图7的俯视图方案之一。外接电源钳位滤波降压区域K1设置在PCB板88的L06层,外接电源钳位滤波降压区域K1设置在PCB板88的左上角靠近板,L06层的地铜箔G6只有边缘P1、边缘P2与外接电源钳位滤波降压区域K1通过间隙908连接,外接电源钳位滤波降压区域K1处于半岛形状。除上述差异之外,图31方案中的其它部分与图30都相同,不再重复描述。
图32给出了6层板中BUCK电源输出电容位置层叠结构的剖视图,图7方案中的BUCK电源输出电容38为贴片电容(BUCK电源输出电容38的管脚为贴片),BUCK电源输出电容38的负极焊盘52为贴片焊盘,而图32中的BUCK电源输出电容38为插件电容(BUCK电源输出电容38的管脚为插件,例如BUCK电源输出电容38的管脚440为插件),BUCK电源输出电容38的负极焊盘52为通孔焊盘。BUCK电源输出电容38的负极焊盘52(通孔焊盘)可以替代BUCK输出电容38的负极焊盘52(贴片焊盘)结合地过孔21的方案,也就是BUCK电源输出电容38的负极焊盘52(通孔焊盘)的作用与BUCK输出电容38的负极焊盘52(贴片焊盘)结合地过孔21的方案作用是相同的。BUCK电源输出电容38的负极焊盘52(通孔焊盘)与L06层的地铜箔G61、L05层的地铜箔G5电连接后,BUCK电源输出电容38的负极焊盘52(通孔焊盘)还可以与L06层的地铜箔G6、L05层的地铜箔G51、L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1其中任意一层的地铜箔电连接,都可以实现BUCK输出电容38的负极焊盘52(贴本焊盘)结合地过孔21的方案的作用。结合图32和图7所示,外接电源经外接电源钳位滤波降压区域K1的钳位、滤波、降压,最后经BUCK电源输出电容38滤波、储能,最后BUCK电源输出电容38的负极焊盘52再与L06层的地铜箔G6、L05层的地铜箔G51、L04层的地铜箔G4、L03层的地铜箔G3、L02层的地铜箔G2、L01层的地铜箔G1其中任意一层的地铜箔电连接。防止外接电源引入浪涌、静电损坏外接电源钳位滤波降压区域K1内的电源处理元件及电源处理线路、敏感区域K2内的敏感元件;避免外接电源带来噪声注入敏感区域K2,造成敏感区域K2内的敏感元件及敏感线路受到干扰;同时可以抑制敏感区域K2内的敏感元件及敏感线路产生的噪声通过外接电源钳位滤波降压区域K1、外接电缆89、汽车点烟口99传导方式泄漏出去,防止EMC的传导和辐射超标。
图33给出了6层板中BUCK电源输出电容位置层叠结构的另一种剖视图。与图32比较,图33在图32方案中靠近BUCK电源输出电容38的负极焊盘52(通孔焊盘)位置添加了地过孔21,这样可以增加BUCK电源输出电容38的负极焊盘52与各层地铜箔之间的通流能力,同时降低BUCK电源输出电容38的负极焊盘52与各层地铜箔之间的阻抗。
以下对输入滤波电容31、BUCK输入电容35以及BUCK输出电容38的选型及电容阻抗特性曲线和滤波特性进行分析。输入滤波电容31的数量至少为1个,可以为单个电容,也可以为多个不同容值的电容并联组合而成。
BUCK输入电容35和BUCK输出电容38的数量至少为1个,可以为单个电容大容值、低ESR会值的电容(例如大容值陶瓷电容、钽电容、固态电容、铝电解电容等),也可以为电容大容值、低ESR会值的电容和多个不同容值的小电容并联组合而成。
图34为电容的等效模型示意图。如图34所示,实际电容包含等效串联电阻ESR(R11)和等效串联电感ESL(L11)、电容C11。
图35-图41分别为不同容值陶瓷电容的阻抗频率曲线图。如图35-37所示,陶瓷电容的阻抗频率特性曲线呈V形。图35给出了10pF陶瓷电容阻抗频率曲线图,阻抗频率曲线的最低点表示自谐振频率点,10pF陶瓷电容的自谐振频率点约为2.8GHz,自谐振频率点的阻抗为400mΩ。图36给出了30pF陶瓷电容阻抗频率曲线图,30pF陶瓷电容的自谐振频率点约为1.67GHz,自谐振频率点的阻抗为89mΩ。图37给出了100pF陶瓷电容阻抗频率曲线图,100pF陶瓷电容的自谐振频率点约为1.25GHz,自谐振频率点的阻抗为89mΩ。图38给出了1nF陶瓷电容阻抗频率曲线图,1nF陶瓷电容的自谐振频率点约为420MHz,自谐振频率点的阻抗为280mΩ。图39给出了10nF陶瓷电容阻抗频率曲线图,10nF陶瓷电容的自谐振频率点约为85MHz,自谐振频率点的阻抗为15mΩ。图40给出了100nF陶瓷电容阻抗频率曲线图,100nF陶瓷电容的自谐振频率点约为38MHz,自谐振频率点的阻抗为34mΩ。图41给出了1uF陶瓷电容阻抗频率曲线图。1uF陶瓷电容的自谐振频率点约为13MHz,自谐振频率点的阻抗为15mΩ。其中,自谐振频率点的阻抗最小,自谐振点之前为容性,超过自谐振点,电容逐渐成为感性,陶瓷电容的在自谐振点的阻抗最小,此时表现为电阻的特性,它在自谐振点吸收效果是最佳的。
图42为150uF钽电容的阻抗频率曲线图。如图42所示,150uF钽电容阻抗频率特性曲线图呈“U”形,谐振点工作带宽范围较大。从图42中可以看到,在100kHz到1MHz之间的阻抗为30.5mΩ,在10kHz到10MHz的之间的等效串联电阻约为60mΩ~70mΩ。其中,等效串联电阻最低可达28.6mΩ,等效串联电感约为2.4nH。
在上述实施例中,输入滤波电容31可以采用多个不同容值的电容并联组合。在汽车点烟口99、外接电缆89、外接电源钳位滤波降压部分注入各种频段的噪声,而输入滤波电容31可以选择不同容值的陶瓷电容来滤除对应频段的噪声,以抑制各频段的噪声对无线车载终端内部敏感线路的干扰。同时也可以滤除无线车载终端内部敏感线路产生的各频段噪声通过K1区域的外接电源钳位滤波降压部分、外接电缆89、汽车点烟口99对外传导和辐射。
可以将BUCK输入电容35和BUCK输出电容38选为阻抗频率特性曲线图呈“U”形(工作带宽较宽)的钽电解电容、铝电解电容、铝固态电容和钽固态电容,用于给BUCK芯片36提供瞬间动态放电,也即BUCK输入电容35属于BUCK芯片36的输入储能电容,同时BUCK芯片36的开关频率要落在BUCK输入电容35的工作带宽范围内;BUCK输出电容38属于BUCK芯片36的输出滤波和储能电容,同时BUCK芯片36的开关频率要落在BUCK输出电容38的工作带宽范围内;也即在阻抗特性曲线呈“U”形的BUCK输入电容35和BUCK输出电容38的谐振点尽可能覆盖BUCK芯片36的开关频率,这样BUCK输入电容35和BUCK输出电容38可以及时响应BUCK芯片36的动态翻转。在选择BUCK输入电容35和BUCK输出电容38时,尽量选择低等效串联电阻的铝电解电容和高容值陶瓷电容,以提升BUCK输入电容35和BUCK输出电容38的响应速度。
EMI辐射是欧盟CE认证、中国3C认证、北美FCC认证中EMC测试项中的一项重要测试指标。EMI辐射测试主要以电子装置是车载追踪器(属于车载无线设备)整机为例对其性能测试进行相关阐述。RE辐射测试标准和CE传导发射测试标准都采用EN55022-2008/GB9254-2008标准,对车载追踪器整机的0.15MHz~0.5MHz、0.5MHz~30MHz、30MHz~1GHz、1GHz~6GHz频段进行,这些频段都满足EN55022-2008/GB9254-2008标准中ClassB的测试要求,图43给出了车载追踪器整机的0~300MHz测试频段发出的辐射值。图43中C所指为3C认证标准的安全限值,低于此安全限值为合格;D所指为测试产品的辐射数据的波动曲线,从图43可以看出,D线距离C线较远,也就是说比安全标准值小得多,说明EMI辐射指标控制得相当好。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种电子装置,其特征在于,包括电源处理元件、电源处理线路、敏感线路以及敏感器件,所述电源处理元件与所述电源处理线路连接,所述敏感器件与所述敏感线路连接;
所述电源处理元件及所述电源处理线路与外接电源连接,用于滤除所述外接电源中的噪声、浪涌、静电和/或所述敏感线路和/或所述敏感器件产生的噪声,并向所述敏感器件输出供电电源;
所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端与所述敏感线路的接地端连接。
2.如权利要求1所述的电子装置,其特征在于,所述电子装置还包括PCB板,所述PCB板内置有所述电源处理线路和所述敏感线路,所述电源处理元件和所述敏感器件设于所述PCB板上。
3.如权利要求2所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件和所述电源处理线路均设于所述PCB板的顶层或底层,所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层设有第一地铜箔,所述第一地铜箔与所述敏感线路的接地端连接。
4.如权利要求3所述的电子装置,其特征在于,所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层还设有第二地铜箔,所述电源处理元件和所述电源处理线路均与所述第二地铜箔连接,所述第一地铜箔与所述第二地铜箔之间间隔设置。
5.如权利要求3所述的电子装置,其特征在于,所述PCB板中与所述电源处理元件所在层的相邻层中设有第三地铜箔,所述电源处理元件和所述电源处理线路均与所述第三地铜箔连接,所述第三地铜箔所在的区域覆盖所述电源处理元件和所述电源处理线路在所述相邻层的投影区域。
6.如权利要求5所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件或所述电源处理线路通过第一地过孔与所述第三地铜箔连接;或者,
所述电源处理元件包括通孔元件,所述通孔元件的管脚与所述第三地铜箔连接。
7.如权利要求5所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件和所述电源处理线路在目标层中投影的区域设有敏感线路,其中,所述目标层包括所述PCB板中除去参考层之外的层,所述参考层包括所述电源处理元件所在的层以及所述相邻层。
8.如权利要求5所述的电子装置,其特征在于,所述相邻层中还设有第四地铜箔,所述第四地铜箔与所述敏感线路的接地端连接,所述第四地铜箔与所述第三地铜箔之间间隔设置。
9.如权利要求8所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件或所述电源处理线路通过第二地过孔与所述第一地铜箔连接,所述电源处理线路中用于输出所述供电电源的负输出端通过所述第二地过孔与所述PCB板任一层中敏感线路的接地端连接。
10.如权利要求9所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件包括并联连接的滤波元件和浪涌防护元件,所述滤波元件用于滤除所述外接电源中的噪声,所述浪涌防护元件用于吸收所述外接电源中的浪涌或静电;
所述电源处理元件还包括隔离元件,串联于所述外接电源与所述敏感器件之间,用于将所述外接电源与所述敏感器件进行隔离;
所述电源处理元件还包括电压转换元件、输入电容和输出电容,所述电压转换元件用于对经过所述隔离元件隔离的外接电源进行电平转换,所述输入电容的一端与所述电压转换元件的输入端连接,另一端与所述电压转换元件的接地端连接;
所述输出电容的一端与所述电压转换元件的输出端连接,另一端与所述敏感线路的接地端连接;
所述输出电容为插件电容,所述输出电容的一个管脚与所述PCB板任一层中敏感线路的接地端连接。
11.如权利要求10所述的电子装置,其特征在于,所述第二地过孔为在所述输出电容的焊盘附近设置的激光孔或者电镀填平的通孔;或者
所述第二地过孔包括埋孔和在所述输出电容的焊盘上设置的盲孔,所述PCB板中所述电源处理元件及所述电源处理线路所在的层通过所述盲孔与相邻层的接地端连接,所述相邻层的接地端通过所述盲孔与其它层的接地端连接。
12.如权利要求10所述的电子装置,其特征在于,所述电源处理元件还包括共模电感,所述共模电感包括第一线圈和第二线圈;
所述第一线圈的第一端与所述浪涌防护元件的一端连接,第二端与所述电压转换元件的输入端连接;
所述第二线圈的第一端与所述浪涌防护元件的另一端连接,第二端与所述电压转换元件的接地端连接;
所述PCB板中所述电源处理元件和所述电源处理线路所在的层中设有独立的第一电源铜箔和第二电源铜箔,以及独立的第五地铜箔和第六地铜箔;
所述第一线圈第一端的焊盘与所述第一电源铜箔连接,所述第一线圈第二端的焊盘与所述第二电源铜箔连接;
所述第二线圈第一端的焊盘与所述第五地铜箔连接,所述第二线圈第二端的焊盘与所述第六地铜箔连接;
所述第一电源铜箔与所述第二电源铜箔之间的最小距离不大于所述第一线圈第一端的焊盘与所述第一线圈第二端的焊盘之间的距离;
所述第五地铜箔与所述第六地铜箔之间的最小距离不大于所述第二线圈第一端的焊盘与所述第二线圈第二端的焊盘之间的距离;
所述PCB板中所述电源处理元件及所述电源处理线路所在层的相邻层中设有独立的第七地铜箔和第八地铜箔;
所述第七地铜箔与所述第八地铜箔之间的最小距离不大于目标距离,其中,所述目标距离为所述第一线圈第一端的焊盘或所述第二线圈第一端的焊盘在所述相邻层中的投影区域与所述第一线圈第二端的焊盘或所述第二线圈第二端的焊盘在所述相邻层中的投影区域之间的距离。
13.如权利要求10所述的电子装置,其特征在于,所述电压转换元件的散热管脚通过第三地过孔与目标层中的地铜箔连接,其中,所述目标层包括所述PCB板中除去参考层之外的层,所述参考层包括所述电源处理元件所在的层以及所述相邻层。
14.如权利要求10所述的电子装置,其特征在于,所述PCB板中所述电源处理元件所在的层中设有覆盖所述输出电容另一端的第九地铜箔,所述第九地铜箔与所述敏感线路的接地端连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310392832.1A CN116365864A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 电子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310392832.1A CN116365864A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 电子装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116365864A true CN116365864A (zh) | 2023-06-30 |
Family
ID=86908271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310392832.1A Pending CN116365864A (zh) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | 电子装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116365864A (zh) |
-
2023
- 2023-04-12 CN CN202310392832.1A patent/CN116365864A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8174843B2 (en) | Printed circuit board | |
JP6858926B2 (ja) | 車両用の電磁干渉抑制 | |
US11523502B2 (en) | Method and procedure for miniaturing a multi-layer PCB | |
AU776404B2 (en) | Method and apparatus for reducing radiant noise energy | |
CN104200078A (zh) | 一种抑制emi干扰的方法 | |
JP2007048879A (ja) | 電子装置 | |
WO2020199148A1 (zh) | 网口滤波器及网络设备 | |
CN202550228U (zh) | 通用串行总线usb头及具有该usb头的usb设备 | |
CN116365864A (zh) | 电子装置 | |
EP2728976A1 (en) | Printed circuit board with reduced emission of electro-magnetic radiation | |
JP2013138562A (ja) | ノイズ低減回路 | |
CN108233111A (zh) | 一种可去除脉冲电流的接插件装置 | |
CN207819086U (zh) | 一种可去除脉冲电流的接插件装置 | |
CN115443055A (zh) | 静电防护电路及电子设备 | |
US9226386B2 (en) | Printed circuit board with reduced emission of electro-magnetic radiation | |
CN210157155U (zh) | 网口滤波器及网络设备 | |
CN210202037U (zh) | 一种电源保护电路及一种蓝牙耳机 | |
CN112055960B (zh) | 一种终端摄像头防护电路 | |
US20190150274A1 (en) | Galvanic isolation for isolation transformer | |
US20060221584A1 (en) | Method for ground noise suppression | |
CN217936069U (zh) | 特种车载磁平衡霍尔电流传感器 | |
KR102628354B1 (ko) | 충전 제어 모듈 및 이를 포함하는 전자부품패키지 | |
Benedict et al. | PCB design for EMI/EMC compliance | |
US11528005B2 (en) | Electrical filter element and electrical power converter | |
CN218633702U (zh) | Emc辐射降低电路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |