很多讀者都應(yīng)該聽過地彈，但是實際遇到的地彈的問題應(yīng)該很少。本案例就是一個地彈現(xiàn)象導(dǎo)致電源芯片工作不正常的案例。

問題描述

如下圖1 ，產(chǎn)品其中一個供電是12V轉(zhuǎn)3.3V的電路，產(chǎn)品發(fā)貨50K左右以后，大約有1%的產(chǎn)品無法啟動，經(jīng)過解耦定位，問題出在下圖中的電源芯片。

原因分析

經(jīng)過分析，問題最終定位在與PCB的布局和布線有關(guān)，其中涉及一個重要容易忽略的技術(shù)：地彈。如下圖，左圖是芯片內(nèi)部的原理框圖，右圖是實際PCB中的布局圖，在高頻開關(guān)電源中，提供能量來源的有兩個器件：輸入電容Cvin和電感Lbuck；（1）當(dāng)高端開關(guān)閉合，低端開關(guān)斷開時，電流的路徑如紅色箭頭所示；（2）當(dāng)高端開關(guān)斷開，低端開關(guān)閉合時，電流的路徑如藍(lán)色的箭頭所示。

根據(jù)電磁感應(yīng)定理：e=-dФ/dt=-d(Li)/dt=-Ldi/dt，由于紅色和藍(lán)色的環(huán)路面積變化較大，最終的體現(xiàn)會在低端開關(guān)和Cvin之間產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

廠商內(nèi)部手冊中顯示，電源芯片滿足以下兩個的條件，就可以進(jìn)入測試模式，測試模式下，電源芯片不工作，電源無輸出。（1）pin5 引腳FB 電壓大于3V；（2）pin6引腳COMP電壓小于-0.5V；我們實際設(shè)計的PCB示意圖如下圖所示，環(huán)路1由Cvin、高端開關(guān)、L、Cbuck、負(fù)載組成，環(huán)路2由Cbuck、負(fù)載組成，環(huán)路3由低端開關(guān)、L、負(fù)載組成。其中環(huán)路面積變化A最大，同時電流突變最最迅速，實測引腳6 COMP 最高可達(dá)到-0.6V。如果FB引腳耦合的干擾達(dá)到3V，是可以將芯片進(jìn)入到測試模式的，導(dǎo)致無法輸出。

解決方案

問題的原因主要時兩種開關(guān)狀態(tài)時的環(huán)路面積不一樣，導(dǎo)致感應(yīng)電動勢變化太大，導(dǎo)致芯片內(nèi)部的邏輯混亂。重新布局后的措施如下：（1）將輸入電容、高低端開關(guān)盡量在同一水平線；（2）將輸出電容和負(fù)載盡量靠近用電端，消滅上圖中的環(huán)路2導(dǎo)致的變化。同時可以應(yīng)付用電設(shè)備的突發(fā)電流，突發(fā)電流大部分由輸出電容供電，而不是通過電源芯片轉(zhuǎn)換而來。（3）重新布局后的環(huán)路面積變化=變化的長度 X 板厚度。板厚為2mm，此時的面積變化基本可以忽略不計。

總結(jié)

對于DCDC電源芯片，廠商不會對外公布其內(nèi)部的具體邏輯電路，但是有一點可以肯定，高低開關(guān)兩種不同的狀態(tài)導(dǎo)致的環(huán)路面積變化，如果沒有處理好，產(chǎn)生的地彈會影響內(nèi)部邏輯，使得進(jìn)入不確定的工作狀態(tài)。

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審核編輯黃宇