基于 onsemi 汽车前置大灯设计之 PCB 设计注意事项

一、基本介绍

Blitz Fly 方案是世平集团推出的基于 onsemi NCV7802 & NCV78723 的汽车前置大灯方案。该方案针对汽车前照灯设计，主要分为四个部分：

1. LED 驱动：

以 onsemi NCV78702 以及 onsemi NCV78723 为核心。NCV78702 是一款用于 LED 驱动器的高效 BOOST 芯片，专为大电流 LED 设计，可以通过 SPI 配置输出电压与 NCV78723 搭配，可驱动高达 60V 的多个 LED 串； NCV78723 是一款高效 Buck 双 LED 驱动器，包括 2 个独立的电流调节器，不需要任何外部检测电阻来调节 Buck 电流,也可通过 SPI 进行电流配置。

2. MCU板：

以恩智浦 MCU S32k 为核心，使用的是世平集团推出的 Echoes 板。通过 SPI 通信控制 LED Driver Board。

3. Motor 板：

以 onsemi NCV70517 为核心。

4. LED 板：

使用的是欧司朗 KW H2L531.TE、KW CELNM2.TK。

今天为大家介绍该方案在 PCB 设计时的注意事项。

图 1.1 Blitz Fly 方案框图

二、 BUCK BOOST PCB 设计要求

在电源 PCB 设计中，好的布局和布线对电路功能的实现和良好的各项指标实现都十分重要，下面分别从布局和布线两方面给大家为大家提供建议：

1. BUCK BOOST PCB 布局建议：

1）分离高功率和低功率部分：将高功率部分（如开关器件、电感等）和低功率部分（如控制电路、信号处理等）分开布局，以减少互相干扰。FB，补偿电路等小信号电路尽量远离前面大电流回路，远离电感，如图 2.1 所示，左图优于右图。

图 2.1 小信号电路布局

2）保持信号和电源线的短距离：尽量缩短信号和电源线的长度，减少信号传输的延迟和损耗。同时，尽量保持信号和电源线的直线路径，避免弯曲和交叉，以减少信号的干扰和串扰。

3）注意敏感信号的布局：对于敏感信号，如模拟信号和高频信号，应该远离开关器件和高功率部分，以避免开关噪声和电磁干扰。

4）使用适当的滤波电容：在输入和输出端口附近放置适当的滤波电容，以减少噪声和电磁干扰。输入电容就近放在芯片的输入 Vin 和功率地 PGND ，减少寄生电感的存在，因为输入电流不连续，寄生电感引起的噪声对芯片的耐压以及逻辑单元造成不良影响。

5）注意散热和热管理：对于高功率部分，如开关器件和电感，应该考虑散热和热管理，合理布局散热器和散热片，以保持温度在可接受范围内。

6）考虑 EMC 和 EMI：在布局时要考虑电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI），合理布局和屏蔽，以减少电磁辐射和敏感信号的干扰。

7）考虑布局的可维护性：在布局时要考虑维护和调试的便利性，合理安排元件的位置和布线，以方便后续的维护和调试工作。

8）进行良好的地和电源规划：合理规划地平面和电源平面，确保良好的地和电源连接，减少电磁干扰。

2. BUCK BOOST PCB 布线建议：

1）反馈采样电阻尽量靠近 DC-DC 芯片 FB 引脚。反馈走线要尽可能短，但是要远离噪声源比如电感和二极管，有时为了避开噪声源，走线走得长一些也是必要的。

2）如图 2.2 所示，由于电感的存在，在开关管的部分会出现高电流转换速率。在 PCB 布线时需要特别注意，尽可能减小这一快速变化的环节的面积，来减少对其他部分的干扰。

图 2.2 BUCK 电路中的电流环路

3）在 MOSFET、电感周围提供足够的铺铜，改善散热；增加过孔，利用裸焊盘改善电路板散热。

4）避免共地和共电源：尽量避免共用地线和电源线，以减少信号之间的互相干扰。可以使用分离的地平面和电源平面来提供良好的地和电源连接。

5）注意地和电源的布线：地线和电源线应尽量短而粗，以减少电阻和电压降。同时，要确保地和电源的连接良好，减少接地回路的电阻。

6）功率回路也需要做到尽可能地占用较小的环路面积，来减少噪声的发射以及回路上的寄生参数。

7）PCB layout 中走线和铺铜都尽量避免 90 °直角，走 45°或者圆弧角，特别是在高频信号传输线部分。避免由传输线宽带来的反射和传输信号的失真。

8）进行良好的信号分层：对于复杂的布线，可以使用多层 PCB 来分层布线，以减少信号之间的干扰和串扰。

三、方案 PCB 设计

下面为大家介绍的是针对本方案在进行 PCB 设计时的注意事项，供大家参考。

1. 升压电流检测区域

升压电流感应电路依赖于一个低压比较器，它通过外部电阻 R_SENSE1/2 触发感应电压。为了最大限度地提高功率效率(=最小的检测电阻损耗)，阈值电压相当低，典型值最大设置为 100 mV。如果不特别注意，这个区域可能会受到MOSFET 开关噪声的影响。使用如图 3.1 所示的四端子电流检测方法。测量 PCB 轨迹应并行运行，并尽可能彼此接近，尽量具有相同的长度。应尽量减少沿测量路径的过孔数量

图 3.1 升压电流感应电路的四线法

将 R_SENSE1/2 充分靠近 MOSFET 源端; MOSFET 的耗散面积应沿远离感测电阻的方向拉伸，以尽量减少因加热引起的电阻率变化，效果如图 3.2 所示

图 3.2 电流检测区域布局

升压补偿网络

补偿网络必须放置在非常靠近芯片的地方，以避免噪声捕获。它的接地必须直接连接到芯片接地引脚，以避免来自 PCB 接地的其他部分的噪声。

图 3.3 升压补偿网络区域布局

分压电阻

VBOOST 分压必须直接连接到芯片 BOOST 反馈 (VBOOSTDIV) 引脚和接地引脚，具有单独的 PCB 轨道故障诊断

图 3.4 分压电阻区域布

VGATE 信号

VBOOST 分压必须直接连接到芯片 BOOST 反馈 (VBOOSTDIV) 引脚和接地引脚，具有单独的 PCB 轨道故障诊断

图 3.5 VFATE 信号布局

降低 EMC

电源线的 PCB 回路应尽量减少。如下图所示

图 3.6 简化原理图

当对 VBB 施加直流电压时，在升压电感 L_BOOST 的左侧、 L_BUCK 和 C_BUCK 的右侧会出现直流电压。然而，由于开关操作(升压和降压)，施加的电压产生流过红色区域 (1) 时产生交流电流。这些电流也在绿色区域 (2) 中产生时变电压。为了尽量减少区域 1 中交流电流造成的辐射， L_BOOST 和 L_BUCK + C_BUCK 对之间的走线必须保持低。相反，如果使用长轨道，则会在 2 区产生更大的寄生电容，从而增加耦合 EMC 噪声水平。