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黄莺惊梦,一文弄清功率电感对外的干扰

2025年11月10日

打起黄莺儿,莫教枝上啼。啼时惊妾梦,不得到辽西。   -  唐·金昌绪

该诗有种浪漫的心境,描写一位少妇对远征辽西的丈夫的思念。该女子打起黄莺,原因是想它不要在屋子旁啼叫;它的啼叫惊扰了女子的梦,使得她不能在梦中与丈夫相见。

在手机电路设计中,DC/DC功率电感就像上面诗中的黄莺一样,因存在大量的电场辐射、磁场辐射,会严重干扰其他信号,影响别的模块,惊扰别人美梦。

这点不可不察,不能掉以轻心,稍微有点技术功底的公司,都会制定相关checklist,避免在电感所在层(投影区域)走信号线。甚至对于一些敏感的信号线,比如射频IQ线、音频小信号等,则在电感正下方投影区域的所有层均不应布线。

有条件的话,可在电感下方铺设地,次表层则以完整的地平面铺设,但仍不算万事大吉。

下面讲述下干扰机理以及曾经遇到过的典型案例。

干扰的机理

如果你见过功率电感的波形,并知道些电磁方面的基础知识,你将意识到上面有快速变化的电场和磁场,可能是个干扰大户。

变化的电场带来容性干扰:

电感线圈的匝与匝之间、电感本体与周边PCB走线之间存在着寄生电容。SW节点快速dv/dt的方波电压就会通过寄生电容,以电场的形式耦合到附近的走线上,如果走线是高阻特性的、或者是小信号,则影响尤为显著。

变化的磁场带来磁干扰:

在开关电源中,电感电流是高频、大幅度变化的(三角波),这会产生一个强烈且快速变化的磁场。如果附近有敏感的信号走线,就会在其上感生出噪声电压(磁生电,变化的磁场会在闭合回路中产生感应电动势),从而干扰信号。

手机中的敏感信号线大致罗列如下:

  • 高速信号:如USB、HDMI、MIPI等差分线。
  • 模拟小信号:如音频输入、麦克风输入、传感器采样线等。
  • 射频小信号:射频微带线/带状线,如果受干扰,则接收灵敏度、通信质量就掉链子。
  • 反馈网络:某些开关电源自身的电压反馈(FB)走线。
  • 复位、中断等关键控制信号,被干扰到后,手机容易死机重启。
  • 晶振及高速时钟走线。

相关案例

某项目在边4G下载,边模拟耳机录音时,录音结果有明显的杂音。

经过一系列的定位,最终发现是功率电感的磁场干扰所致。

模拟耳机的麦克风走线位于L6层,并且处于4G PA DC/DC电感投影区,如下图所示。虽然它们之间有完整的地平面隔离,但麦克风走线仍被干扰到了。

出了这个问题后,相关的项目同事委屈的像个小媳妇:“我明明用GND层隔离了呀”。

这就是上面所讲到的:电感所发散出来的干扰是电磁干扰,既包含电场干扰,也包含磁场干扰。对于电场干扰,我们可以用完整的地层来隔离,形成法拉第笼;但对于磁场干扰,铜是无法阻隔的,因为铜的磁导率很小,得使用铁磁性的材料(如铁氧体、纳米晶)隔离才行。但PCB的制程工艺通常不包含铁磁材料,所以规避的方法就是靠躲,躲得越远越好,正所谓惹不起,还躲不起吗?

总结

应对功率电感的干扰,距离是最好的屏蔽,这是最有效的一条准则。在PCB布局时,在功率电感周边划定一个禁区。所有敏感信号线必须远离这个区域。此外,干扰是三维的。需要确保敏感走线不仅在水平方向上远离电感,在垂直方向上也不要走在电感的正下方。电感产生的磁场会穿透PCB板。

其次是正确处理地平面,一个完整、连续的地平面可以为返回电流提供一条阻抗最低的路径,并起到一定的屏蔽作用。尽量不要在功率电感区域下方分割地平面。如果必须分割,确保敏感信号线的回流路径不会被切断。被切断的回流路径会被迫绕远路,形成一个大环路天线,更容易拾取噪声。

标签: PCB布局 信号完整性 功率电感 屏蔽措施 电磁干扰
最后更新:2026年1月6日


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夜枭

夜枭,暗夜里的精灵,雅典娜在凡间的使者,不瞩目于明亮的日光,在意的是万物的启迪。

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