本文編譯自EDN，作者 TI 汽車(chē)電子市場(chǎng)經(jīng)理Zachary Imm

隨著(zhù)汽車(chē)配備越來(lái)越多的傳感器和功能，汽車(chē)中的電子含量不斷增加，功率水平也不斷提高。過(guò)去依賴(lài)低壓差線(xiàn)性穩壓器（LDO）的工程師現在可能需要使用降壓拓撲來(lái)滿(mǎn)足系統的高效率要求。

降壓器在更高的效率下可以提供比典型LDO更大的功率，但有一個(gè)明顯缺點(diǎn)——它的開(kāi)關(guān)特性會(huì )產(chǎn)生電磁干擾（EMI），這對于汽車(chē)應用而言可能是一個(gè)嚴重的問(wèn)題。幸運的是，工程師可以使用許多技巧和工具來(lái)降低EMI，包括優(yōu)化電路板布局，利用IC功能以及增加電路。

DC / DC轉換器會(huì )因輸入紋波，附近電路的電磁耦合以及電磁輻射而產(chǎn)生EMI。EMI會(huì )干擾AM / FM無(wú)線(xiàn)電接收器和其他敏感設備，例如主機或高級駕駛員輔助系統（ADAS）傳感器。嚴重的EMI會(huì )在無(wú)線(xiàn)電和主機音頻中產(chǎn)生靜態(tài)噪聲或其他類(lèi)型的噪聲，干擾ADAS傳感器，并降低其他系統的性能。

為了防止這種嚴重的干擾，工程師需要設計符合官方標準的系統，例如CISPR 25 Class5。由于不良的布局會(huì )導致設備無(wú)法通過(guò)標準機構設定的EMI限制，因此在電路板布局期間需遵循良好的布局優(yōu)化實(shí)踐。降壓轉換器的最重要做法是：

通過(guò)快速變化的電壓（高dv / dt）減小節點(diǎn)的表面積。
通過(guò)快速變化的電流（高di / dt）減小電流環(huán)路的面積。

這兩個(gè)基本規則將決定工程師在何處放置某些組件，以最大程度地降低EMI。

不幸的是，即使是最優(yōu)化的PCB布局也無(wú)法防止所有與EMI相關(guān)的問(wèn)題。此外，由于電路板的尺寸，形狀或時(shí)間的限制，通常無(wú)法盡可能地優(yōu)化EMI的布局。例如，非常緊湊的布局可能要求您將功率電感器放置在電路板的底部，或者將輸入電容器放置在距離IC稍遠的地方。

這些和其他布局限制會(huì )導致EMI，從而降低系統性能。即使有經(jīng)驗和異常謹慎，板卡也可能需要進(jìn)一步優(yōu)化。這些額外的板卡修訂需要時(shí)間和金錢(qián)。那么，除了優(yōu)化布局以使應用的EMI降至最低之外，您還能做什么？

繞過(guò)電路板布局的限制

如果無(wú)法針對最佳EMI優(yōu)化布局，則某些DC / DC轉換器會(huì )在設備級別提供許多封裝和功能改進(jìn)，以幫助最大程度地降低EMI并使其更容易滿(mǎn)足CISPR 25 Class5限制。這些功能使電路板設計與布局無(wú)關(guān)。換句話(huà)說(shuō)，它們可以幫助彌補布局方面的缺陷。

例如，擴頻是一種擴展諧波能量以減少峰值和平均EMI測量值的功能。通過(guò)對尖峰時(shí)鐘進(jìn)行調制處理，使其從一個(gè)窄帶時(shí)鐘變?yōu)橐粋�(gè)具有邊帶的頻譜，將尖峰能量分散到展頻區域的多個(gè)頻率段，從而達到降低尖峰能量，抑制EMI的效果。它通過(guò)抖動(dòng)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)擴展頻譜密度，例如，在±2％的范圍內擴頻，將看到諧波能量在第25個(gè)和更高的諧波上完全混合或重疊，而不是固定頻率，這將使諧波尖峰保持在基頻上。能量在較高的頻率中均勻分布，從而導致較低的測量值包絡(luò )，僅需較少的濾波和較少的布局優(yōu)化，從而節省了時(shí)間和金錢(qián)。 

擺率控制是有助于改善EMI性能的另一個(gè)功能，EMI的主要來(lái)源是開(kāi)關(guān)環(huán)。開(kāi)關(guān)環(huán)是由高邊FET的快速導通引起的，它會(huì )快速從輸入電容器中拉出電流，輸入寄生回路電感和低邊FET寄生電容的共振，會(huì )產(chǎn)生的數百兆赫的振鈴噪音。通過(guò)減慢上升時(shí)間會(huì )減慢電流消耗，從而減少振鈴和EMI。通過(guò)增加一個(gè)與啟動(dòng)電容器串聯(lián)的電阻（幾歐姆的數量級）可以減慢上升時(shí)間，并且某些器件具有專(zhuān)用的啟動(dòng)電阻器引腳。這里需要權衡：放慢FET的頻率可使EMI最小化，但也會(huì )增加開(kāi)關(guān)損耗，從而降低效率。

此外，還有一些有助于抑制EMI的封裝技術(shù)。TI的HotRod封裝就是一個(gè)例子，該封裝消除了內部鍵合線(xiàn)，如圖1所示。不連續的電流會(huì )導致開(kāi)關(guān)節點(diǎn)上數百兆赫茲的振鈴，該振鈴會(huì )耦合并輻射，從而引起EMI。去除輸入電容器不連續電流的高di / dt環(huán)路路徑中的鍵合線(xiàn)可降低環(huán)路電感。從而減少了振鈴，降低了EMI。HotRod系列產(chǎn)品包括了LM61460-Q1和LM53635-Q1等器件。

圖1標準QFN和TI的HotRod QFN的區別。資料來(lái)源：德州儀器 

其他封裝級功能包括優(yōu)化的引腳排列。器件可以通過(guò)整理引腳位置來(lái)提高EMI性能，從而使關(guān)鍵路徑（例如輸入電容器）保持盡可能小。器件通常將VIN和GND（或PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為電容器的連接提供最佳位置。

更進(jìn)一步，采用對稱(chēng)的引腳排列。將VIN / PGND對稱(chēng)地放置在封裝的任一側，可使輸入環(huán)路磁場(chǎng)自成一體，從而進(jìn)一步降低了EMI。許多DC / DC降壓轉換器，例如LMR33630，LMR36015，LM61460和LMQ61460-Q1具有對稱(chēng)的VIN / PGND引腳對（圖2b ）。     

集成輸入電容器

下一代采用EMI優(yōu)化封裝的產(chǎn)品采用集成電容器來(lái)進(jìn)一步減小輸入寄生電感。LMQ61460-Q1的每一側均包含兩個(gè)集成輸入旁路電容器，每個(gè)VIN / PGND對均有一個(gè)。這些電容器是橫跨在圖2a所示的右上和右下引腳對（VIN和PGND）上的深色矩形。圖2b顯示了該器件的引腳分配，以供參考。 

最小化高頻EMI尤為重要，因為汽車(chē)應用中常見(jiàn)的更高的輸入電壓和更高的輸出電流會(huì )加劇該領(lǐng)域的問(wèn)題。

圖2 利用X射線(xiàn)，顯示了帶有集成電容器（a）的LMQ61460-Q1降壓型低噪聲轉換器（可將其與引腳參考（b））。資料來(lái)源：德州儀器 

的確，EMI在汽車(chē)應用中提出了挑戰，但設計工程師如果遇到電路板布局約束，也并非沒(méi)有選擇。從戰略性器件引腳排列到集成特性（例如低電感封裝，擺率控制，擴展頻譜和集成電容器），有許多方法可以解決這一難題。

這些功能使工程師可以放寬對EMI布局的嚴格優(yōu)化，以換取更全面的布局設計，從而為優(yōu)化性能留出更多空間，以獲得更好的熱性能和/或更小的解決方案尺寸。這些功能可改善您的設計，以滿(mǎn)懷信心地滿(mǎn)足標準機構設定的EMI限制。