MAX16922汽车PMIC(电源管理IC)的布线准则
max16922汽车pmic(电源管理ic)的布线准则
该应用笔记介绍了max16922汽车pmic (电源管理ic)的布线准则，能够优化器件性能，降低辐射。
概述 使用max16922等高频开关调节器时，合理的pcb布线不仅提供干净的电源输出，还可大大节省解决emi问题的调试时间。本应用笔记概述了相关电路设计的要点，其中优化布线可提供诸多好处。
基本布线原则 out1：尽量减小输入电容(c1)、电感(l1)、二极管(d1)和输出电容(c2)的环路面积。 out2：尽量减小输入电容(c3)、电感(l2)和输出电容(c5)的环路面积。 将电源地(第9引脚和二极管d1的阳极)在靠近max16922下方裸焊盘处通过单点连接到其余地平面。这种连接方式可以降低耦合到器件误差放大器的噪声。 采用尽可能短和宽的引线。 优化ac-dc电流通路 max16922的开关调节器是器件的最大辐射源。为了降低辐射，开关调节器的无源元件布线非常关键。存在电流阶跃的通路可看作是交流电流通路，将在开关的通、断周期内有电流流过的通路去掉，即得到交流电流通路。可以把在开关的通、断周期内有电流流过的通路看作直流电流通路。
out1交流电流通路 dc-dc转换器(out1)具有五个无源元件(c3、c5、c12、l1和d1)，它们直接连接在开关电流通路。这五个元件对out1的辐射和性能有很大影响。图1所示为开关接通期间(内部dmos开关导通)的电流通路。图2所示为开关断开期间(内部dmos开关关断)的电流通路。两个电流通路的过度位于电流突变期间，可看作是交流电流通路(图3)。优化元件d1、c3和c5的布线对于提高性能最为重要，其次是l1和c12。
图1. dmos导通时的out1电流通路
图2. dmos断开时的out1电流通路
图3. out1的交流电流通路给出了两者的过度
out2交流电流通路 同步整流dc-dc转换器(out2)具有三个无源元件(c10、c13和l2)，直接连接在开关电流通路。与out1类似，这三个元件对out2的辐射和性能有很大影响。图4和图5所示为开关通、断期间的电流通路。图6所示为两个电流通路的过度，即最高di/dt。优化元件c10的布线对于提高性能最为重要，其次是l2和c13。
图4. pmos导通时的out2电流通路
图5. dmos导通时的out2电流通路
图6. out2的交流电流通路给出了两者的过度
out1自举电路的交流通路 dc-dc转换器(out1)采用一个高边dmos器件，它需要一个比lx1引脚(dmos的源极)电压高出5v的电源。为了产生这个电压，采用一个自举电容连接到lx1和bst之间(图7)。dmos关断期间，自举电容(c4)由5v lsup稳压器充电。lsup输出还用于误差放大器供电。因此，须尽可能保持一个低噪的lsup电源，以消除噪声对误差放大器的负面影响。最好的办法是降低c4与max16922之间的引线电感。将c4尽可能靠近第19引脚(gnd)和第17引脚(lsup)放置，不要使用任何过孔。
图7. out1自举电容的交流通路
在lx节点增加缓冲 为了降低开关噪声，在不明显影响电源效率的前提下，lx1的上升/下降时间应尽可能慢。为了进一步降低辐射，可以在lx1引脚增加一级rc衰减器，抑制lx1的振铃。作为经验值，推荐选用不超过330pf的电容，以确保不会显著影响效率，它也是达到这一目的所需要的最小电容；建议使用2ω电阻。图13所示原理图中，缓冲器为可选电路，由r2和c13构成。
lx2的升/降时间比lx1快很多。因为lx2与主输入电源相隔离，通常不需要考虑传导辐射问题。但是，在一些案例中，lx2也会对其它器件和/或连接器引脚造成辐射。同样可以在lx2增加一个缓冲器来降低辐射。可以选择同样参数的元件，电容应≤ 220pf，配合使用8ω至20ω的串联电阻。
四层pcb布线实例 图8至图11给出了一个四层pcb的布线实例，满足本应用笔记提出的布线准则。图12标注了开关通、断期间的交流、直流通路。
图8. 顶层
图9. 底层
图10. 内部第1层，电源地层。
图11. 内部第2层，地层。
图12. 电流通路：黑色表示开关导通期间；橙色表示开关断开期间；红色是两者的过度。
主电源滤波 主电源的滤波也非常重要，它是降低器件传导辐射的最后一个关键位置。对于max16922等高频开关调节器，传导辐射通常发生在fm射频波段(76mhz至108mhz)。为了降低辐射，可以针对该频段增加一个高阻磁珠和/或谐振频率高于108mhz的电感。
结论 对于max16922开关调节器的关键无源元件进行合理布线，能够大大降低信号源的噪声和辐射，在项目验证阶段节省大量的时间和精力。
表1. 元件列表 designation qty description
c1 1 47µf, 25v electrolytic capacitor
c2–c3 2 47nf, 50v ±10% x7r 0603 ceramic capacitors
c4 1 1µf, 10v ±10% x7r 0603 ceramic capacitor
c5 1 4.7µf, 50v ±10% x7r 1210 ceramic capacitor
c6 1 100nf, 10v ±10% x7r 0402 ceramic capacitor
c7 1 4.7µf, 10v ±10% x7r 1206 ceramic capacitor
c8–c9 2 2.2µf, 10v ±10% x7r 0805 ceramic capacitors
c10–c12 3 10µf, 10v ±10% x7r 1206 ceramic capacitors
c13 1 100pf, 50v ±10% x7r 0402 ceramic capacitor
r1 1 20kω ±1% 0402 resistor
r2 1 2ω ±5% 0402 resistor
l1 1 4.7µh inductor
l2–l3 2 2.2 µh inductors
d1 1 mbr140sft1 schottky diode
d2 1 es1d diode
u1 1 max16922atpa/v+ quad-output pmic
图13. pcb布线原理图
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基本布线原则 out1：尽量减小输入电容(c1)、电感(l1)、二极管(d1)和输出电容(c2)的环路面积。 out2：尽量减小输入电容(c3)、电感(l2)和输出电容(c5)的环路面积。 将电源地(第9引脚和二极管d1的阳极)在靠近max16922下方裸焊盘处通过单点连接到其余地平面。这种连接方式可以降低耦合到器件误差放大器的噪声。 采用尽可能短和宽的引线。 优化ac-dc电流通路 max16922的开关调节器是器件的最大辐射源。为了降低辐射，开关调节器的无源元件布线非常关键。存在电流阶跃的通路可看作是交流电流通路，将在开关的通、断周期内有电流流过的通路去掉，即得到交流电流通路。可以把在开关的通、断周期内有电流流过的通路看作直流电流通路。
out1交流电流通路 dc-dc转换器(out1)具有五个无源元件(c3、c5、c12、l1和d1)，它们直接连接在开关电流通路。这五个元件对out1的辐射和性能有很大影响。图1所示为开关接通期间(内部dmos开关导通)的电流通路。图2所示为开关断开期间(内部dmos开关关断)的电流通路。两个电流通路的过度位于电流突变期间，可看作是交流电流通路(图3)。优化元件d1、c3和c5的布线对于提高性能最为重要，其次是l1和c12。
图1. dmos导通时的out1电流通路
图2. dmos断开时的out1电流通路
图3. out1的交流电流通路给出了两者的过度
out2交流电流通路 同步整流dc-dc转换器(out2)具有三个无源元件(c10、c13和l2)，直接连接在开关电流通路。与out1类似，这三个元件对out2的辐射和性能有很大影响。图4和图5所示为开关通、断期间的电流通路。图6所示为两个电流通路的过度，即最高di/dt。优化元件c10的布线对于提高性能最为重要，其次是l2和c13。
图4. pmos导通时的out2电流通路
图5. dmos导通时的out2电流通路
图6. out2的交流电流通路给出了两者的过度
out1自举电路的交流通路 dc-dc转换器(out1)采用一个高边dmos器件，它需要一个比lx1引脚(dmos的源极)电压高出5v的电源。为了产生这个电压，采用一个自举电容连接到lx1和bst之间(图7)。dmos关断期间，自举电容(c4)由5v lsup稳压器充电。lsup输出还用于误差放大器供电。因此，须尽可能保持一个低噪的lsup电源，以消除噪声对误差放大器的负面影响。最好的办法是降低c4与max16922之间的引线电感。将c4尽可能靠近第19引脚(gnd)和第17引脚(lsup)放置，不要使用任何过孔。
图7. out1自举电容的交流通路
在lx节点增加缓冲 为了降低开关噪声，在不明显影响电源效率的前提下，lx1的上升/下降时间应尽可能慢。为了进一步降低辐射，可以在lx1引脚增加一级rc衰减器，抑制lx1的振铃。作为经验值，推荐选用不超过330pf的电容，以确保不会显著影响效率，它也是达到这一目的所需要的最小电容；建议使用2ω电阻。图13所示原理图中，缓冲器为可选电路，由r2和c13构成。
lx2的升/降时间比lx1快很多。因为lx2与主输入电源相隔离，通常不需要考虑传导辐射问题。但是，在一些案例中，lx2也会对其它器件和/或连接器引脚造成辐射。同样可以在lx2增加一个缓冲器来降低辐射。可以选择同样参数的元件，电容应≤ 220pf，配合使用8ω至20ω的串联电阻。
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图8. 顶层
图9. 底层
图10. 内部第1层，电源地层。
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c2–c3 2 47nf, 50v ±10% x7r 0603 ceramic capacitors
c4 1 1µf, 10v ±10% x7r 0603 ceramic capacitor
c5 1 4.7µf, 50v ±10% x7r 1210 ceramic capacitor
c6 1 100nf, 10v ±10% x7r 0402 ceramic capacitor
c7 1 4.7µf, 10v ±10% x7r 1206 ceramic capacitor
c8–c9 2 2.2µf, 10v ±10% x7r 0805 ceramic capacitors
c10–c12 3 10µf, 10v ±10% x7r 1206 ceramic capacitors
c13 1 100pf, 50v ±10% x7r 0402 ceramic capacitor
r1 1 20kω ±1% 0402 resistor
r2 1 2ω ±5% 0402 resistor
l1 1 4.7µh inductor
l2–l3 2 2.2 µh inductors
d1 1 mbr140sft1 schottky diode
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