吴兴富民沈秀(沈万三)者,助筑都城三之一,又请犒军。帝(朱元璋)怒曰:“匹夫犒天子军,乱民也,宜诛。”后(马皇后)谏曰:“妾闻,法者诛不法也,非以诛不祥之民。富敌国民自不祥,不祥之民天将灾之,陛下何诛焉?”乃释秀,戍云南。 - 《明史·孝慈高皇后传》
沈万三在姑苏以富足而名满天下,可谓妇孺皆知、人皆艳羡。张士诚败亡后,他主动向朱元璋示好,资助筑城资金三分之一,尔后又向朱元璋请求代出犒军所用银两。但权力敏感而强势,明太祖忌惮沈万三的财力及收买军心的意图,起意欲杀之,最后经马皇后劝说改为戍边。
朱元璋作为明代开国皇帝,为巩固皇权,将权力渗透到社会各个层面。集权之广,控制之严在中国历史上极为罕见。他曾经写过一首诗:“诸臣未起朕先起,诸臣已睡朕未睡。何以江南富足翁,日高三丈犹披被。”在这首诗中,你能捕捉到他微妙的心态。
江南首富又怎样?当遭到权力的垂涎和忌惮,杀身之祸虽可免,但也免不了流放他乡的命运。
在手机电路设计中,功率电感就像朱元璋一样,它的影响如水印泻地般无孔不入。甚至于就算没有孔,也会展现出具有穿透之力的权力场强,影响到社会的层层面面。而此时,如果你把寓意富足生活的摄像头,放置在功率电感的正对面,使两者在垂直方向上有重叠,那么便可能产生难以解决的摄像干扰问题。
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,尤其在PFM模式下,可能是个干扰大户。

电感的一端是SW节点,其上快速的dV/dt会通过寄生电容,以电场的形式耦合到附近的走线上,如果附近走线是高阻特性的小信号,则影响尤为显著。
其次,电感上的瞬态电流变化会产生一个强烈且快速变化的磁场。
- 如果磁场泄露到周边(水平方向),就会在周边环路上感生出电压(磁生电,变化的磁场会在闭合回路中产生感应电动势),从而产生噪声信号。
- 如果磁场垂直穿透到竖直方向上的敏感模块,比如摄像头,其内部模拟电路对噪声极其敏感,容易导致暗条纹问题,给画面蒙上一层挥之不去的阴霾。
相关案例
如下图,某手机项目微距镜头在暗环境下摄像,有明显的竖条纹的表现,影响手机成像质量。

经过一番定位,发现:
- 其他不变,将摄像头用转接线飞到外面,竖条纹便消失;
- 其他不变,将底部的功率电感通过飞线的方式飞到外面,挪出摄像头模组下方投影区域,条纹亦消失。
由此意识到相机条纹的来源和电感有直接的关系,确实该手机项目将电感和摄像头模组放置在了PCB板的两面,投影区互有重叠,如下图,是个布局上的失误。

需要说明的是,该项目为10层PCB设计,电感表层和摄像头表层之间有完整的主地平面,但这个地平面仅能显著减少电场耦合,对低频磁场的隔绝效果有限。
因此,当相机模组置于PCB板上时,需要保证相机的投影区域不要有功率电感,以规避功率电感所发射的磁场干扰。此外,摄像头投影区下方尽量不要有瞬态大电流走线,这也会带来磁场干扰(变化的电场生成变化的磁场)。

总结
系统性的总结下,为了减少该问题,有如下几点需要注意:
- 在PCB布局阶段,就避免任何重叠,远离权贵,寄身山林,将功率电感远离摄像头放置;不仅如此,大电流走线也要远离摄像头。
- 其次,关注功率电感屏蔽性能,比如磁场泄露参数等,推动供应商更好的去优化,选用磁场泄露小的功率电感。
- 如果必须重叠,切勿让电感磁路轴线垂直穿过摄像头。可以尝试调整电感方向,使其磁力线方向平行于PCB平面,以减小穿透到另一面的磁通量。
- 如果必须重叠,可以考虑增加软磁材料隔离,以期改变磁场的大小和方向,好比在权力与财富间设置一道柔性的屏障,如下图所示。
