基於 onsemi 汽車前置大燈設計之 PCB 設計注意事項

一、基本介紹

Blitz Fly 方案是世平集團推出的基於 onsemi NCV7802 & NCV78723 的汽車前置大燈方案。該方案針對汽車前照燈設計，主要分為四個部分：

1. LED 驅動：

以 onsemi NCV78702 以及 onsemi NCV78723 為核心。NCV78702 是一款用於 LED 驅動器的高效 BOOST 晶片，專為大電流 LED 設計，可以通過 SPI 配置輸出電壓與 NCV78723 搭配，可驅動高達 60V 的多個 LED 串； NCV78723 是一款高效 Buck 雙 LED 驅動器，包括 2 個獨立的電流調節器，不需要任何外部檢測電阻來調節 Buck 電流,也可通過 SPI 進行電流配置。

2. MCU板：

以恩智浦 MCU S32k 為核心，使用的是世平集團推出的 Echoes 板。通過 SPI 通信控制 LED Driver Board。

3. Motor 板：

以 onsemi NCV70517 為核心。

4. LED 板：

使用的是歐司朗 KW H2L531.TE、KW CELNM2.TK。

今天為大家介紹該方案在 PCB 設計時的注意事項。

圖 1.1 Blitz Fly 方案框圖

二、 BUCK BOOST PCB 設計要求

在電源 PCB 設計中，好的布局和布線對電路功能的實現和良好的各項指標實現都十分重要，下面分別從布局和布線兩方面給大家為大家提供建議：

1. BUCK BOOST PCB 布局建議：

1）分離高功率和低功率部分：將高功率部分（如開關器件、電感等）和低功率部分（如控制電路、信號處理等）分開布局，以減少互相干擾。FB，補償電路等小信號電路儘量遠離前面大電流迴路，遠離電感，如圖 2.1 所示，左圖優於右圖。

圖 2.1 小信號電路布局

2）保持信號和電源線的短距離：儘量縮簡訊號和電源線的長度，減少信號傳輸的延遲和損耗。同時，儘量保持信號和電源線的直線路徑，避免彎曲和交叉，以減少信號的干擾和串擾。

3）注意敏感信號的布局：對於敏感信號，如模擬信號和高頻信號，應該遠離開關器件和高功率部分，以避免開關噪聲和電磁干擾。

4）使用適當的濾波電容：在輸入和輸出埠附近放置適當的濾波電容，以減少噪聲和電磁干擾。輸入電容就近放在晶片的輸入 Vin 和功率地 PGND ，減少寄生電感的存在，因為輸入電流不連續，寄生電感引起的噪聲對晶片的耐壓以及邏輯單元造成不良影響。

5）注意散熱和熱管理：對於高功率部分，如開關器件和電感，應該考慮散熱和熱管理，合理布局散熱器和散熱片，以保持溫度在可接受範圍內。

6）考慮 EMC 和 EMI：在布局時要考慮電磁兼容性（EMC）和電磁干擾（EMI），合理布局和屏蔽，以減少電磁輻射和敏感信號的干擾。

7）考慮布局的可維護性：在布局時要考慮維護和調試的便利性，合理安排元件的位置和布線，以方便後續的維護和調試工作。

8）進行良好的地和電源規劃：合理規劃地平面和電源平面，確保良好的地和電源連接，減少電磁干擾。

2. BUCK BOOST PCB 布線建議：

1）反饋採樣電阻儘量靠近 DC-DC 晶片 FB 引腳。反饋走線要儘可能短，但是要遠離噪聲源比如電感和二極體，有時為了避開噪聲源，走線走得長一些也是必要的。

2）如圖 2.2 所示，由於電感的存在，在開關管的部分會出現高電流轉換速率。在 PCB 布線時需要特別注意，儘可能減小這一快速變化的環節的面積，來減少對其他部分的干擾。

圖 2.2 BUCK 電路中的電流環路

3）在 MOSFET、電感周圍提供足夠的鋪銅，改善散熱；增加過孔，利用裸焊盤改善電路板散熱。

4）避免共地和共電源：儘量避免共用地線和電源線，以減少信號之間的互相干擾。可以使用分離的地平面和電源平面來提供良好的地和電源連接。

5）注意地和電源的布線：地線和電源線應儘量短而粗，以減少電阻和電壓降。同時，要確保地和電源的連接良好，減少接地迴路的電阻。

6）功率迴路也需要做到儘可能地占用較小的環路面積，來減少噪聲的發射以及迴路上的寄生參數。

7）PCB layout 中走線和鋪銅都儘量避免 90 °直角，走 45°或者圓弧角，特別是在高頻信號傳輸線部分。避免由傳輸線寬帶來的反射和傳輸信號的失真。

8）進行良好的信號分層：對於複雜的布線，可以使用多層 PCB 來分層布線，以減少信號之間的干擾和串擾。

三、方案 PCB 設計

下面為大家介紹的是針對本方案在進行 PCB 設計時的注意事項，供大家參考。

1. 升壓電流檢測區域

升壓電流感應電路依賴於一個低壓比較器，它通過外部電阻 R_SENSE1/2 觸發感應電壓。為了最大限度地提高功率效率(=最小的檢測電阻損耗)，閾值電壓相當低，典型值最大設置為 100 mV。如果不特別注意，這個區域可能會受到MOSFET 開關噪聲的影響。使用如圖 3.1 所示的四端子電流檢測方法。測量 PCB 軌跡應並行運行，並儘可能彼此接近，儘量具有相同的長度。應儘量減少沿測量路徑的過孔數量

圖 3.1 升壓電流感應電路的四線法

將 R_SENSE1/2 充分靠近 MOSFET 源端; MOSFET 的耗散面積應沿遠離感測電阻的方向拉伸，以儘量減少因加熱引起的電阻率變化，效果如圖 3.2 所示

圖 3.2 電流檢測區域布局

升壓補償網絡

補償網絡必須放置在非常靠近晶片的地方，以避免噪聲捕獲。它的接地必須直接連接到晶片接地引腳，以避免來自 PCB 接地的其他部分的噪聲。

圖 3.3 升壓補償網絡區域布局

分壓電阻

VBOOST 分壓必須直接連接到晶片 BOOST 反饋 (VBOOSTDIV) 引腳和接地引腳，具有單獨的 PCB 軌道故障診斷

圖 3.4 分壓電阻區域布

VGATE 信號

VBOOST 分壓必須直接連接到晶片 BOOST 反饋 (VBOOSTDIV) 引腳和接地引腳，具有單獨的 PCB 軌道故障診斷

圖 3.5 VFATE 信號布局

降低 EMC

電源線的 PCB 迴路應儘量減少。如下圖所示

圖 3.6 簡化原理圖

當對 VBB 施加直流電壓時，在升壓電感 L_BOOST 的左側、 L_BUCK 和 C_BUCK 的右側會出現直流電壓。然而，由於開關操作(升壓和降壓)，施加的電壓產生流過紅色區域 (1) 時產生交流電流。這些電流也在綠色區域 (2) 中產生時變電壓。為了儘量減少區域 1 中交流電流造成的輻射， L_BOOST 和 L_BUCK + C_BUCK 對之間的走線必須保持低。相反，如果使用長軌道，則會在 2 區產生更大的寄生電容，從而增加耦合 EMC 噪聲水平。

圖 3.7 VFATE 信號布局