工業(yè)、汽車(chē)與個(gè)人運算應用中的電子系統愈發(fā)密集且互相連接。為了改善這類(lèi)系統的尺寸和功能，因此在封裝各種不同電路時(shí)皆采取近封裝距離。有鑒于前述限制，降低電磁干擾 (EMI) 影響也逐漸成為重要的系統設計考慮。
圖 1 所示的車(chē)用攝影機模塊就是這類(lèi)多功能系統其中一個(gè)范例，該模塊內的兩百萬(wàn)像素成像組件、4 Gbps 的串聯(lián)器及四通道電源管理集成電路 (PMIC) 皆以近距離封裝在一起。如此會(huì )使復雜度和密度隨之提升并帶來(lái)副作用，也就是使成像組件與訊號處理組件緊鄰 PMIC，而 PMIC 帶有高電流與電壓。除非在設計期間能夠小心留意，否則前述的配置方式勢必會(huì )導致一系列電路對敏感組件的功能造成電磁干擾。
圖 1：車(chē)用攝影機模塊
電磁干擾 (EMI) 可能會(huì )以?xún)煞N方式顯現。例如連接相同電源供應器的無(wú)線(xiàn)電和電機鉆就是一例，如圖 2 所示。在本例中，敏感無(wú)線(xiàn)電系統的運作會(huì )透過(guò)傳導方式受到電機影響，因為這兩者共享相同的電源插座。電機也會(huì )透過(guò)電磁輻射對無(wú)線(xiàn)電的功能造成影響，因為前述電磁輻射會(huì )透過(guò)空氣耦合，并受到無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)接收。
終端設備制造商整合不同來(lái)源的組件時(shí)，唯一能確保干擾電路和敏感電路可和平共存并正確運作的方法，就是建立一套共享規則，針對干擾電路設定干擾程度的限制，且敏感電路必須能夠處理該程度的干擾。
圖 2：通過(guò)傳導和電磁方式造成的電磁干擾
共享 EMI 標準
用于限制干擾的規定采用業(yè)界標準規格建立，例如適用汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì ) (CISPR) 25，以及適用多媒體設備的 CISPR 32。CISPR 標準是 EMI 設計的重要關(guān)鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術(shù)的目標性能。CISPR 標準可根據干擾模式分類(lèi)為傳導式限制和輻射式限制，如圖 3 所示。圖 3 圖表中的長(cháng)條代表最大的傳導式和輻射式排放限制，這是使用標準 EMI 測量設備進(jìn)行測量時(shí)，受測裝置所能容許的上限。
圖 3：傳導式和輻射式 EMI 的一般標準
EMI 的成因
若要建立兼容于 EMI 標準的系統，需要清楚了解 EMI 的主要成因�，F代電子系統中，最常見(jiàn)的電路之一就是硬式切換電源供應器 (SMPS)，可在多數應用中透過(guò)線(xiàn)性穩壓器大幅提升效率。但這樣的效率必須付出代價(jià)，因在 SMPS 中切換功率場(chǎng)效應晶體管，會(huì )使其成為主要 EMI 來(lái)源。
如圖 4 所示，在 SMPS 中進(jìn)行切換的本質(zhì)，會(huì )導致產(chǎn)生非連續輸入電流、在切換節點(diǎn)的高邊緣速率，以及電源回路中因寄生電感而在切換邊緣產(chǎn)生的其他振鈴。非連續電流會(huì )影響 <30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節點(diǎn)的高邊緣速率以及振鈴則會(huì )影響 30 至 100 MHz 頻帶的 EMI，以及 >100 MHz 之頻帶的 EMI。
圖 4：SMPS 運作期間的主要 EMI 來(lái)源
降低 EMI 的傳統和進(jìn)階技術(shù)
在傳統設計中，主要使用兩種方法降低切換轉換器產(chǎn)生的 EMI，而兩種方法都會(huì )造成相關(guān)的損失。為了處理低頻率 (<30 MHz) 排放并符合適用標準，會(huì )在切換轉換器的輸入處放置大型被動(dòng)濾波器，造成解決方案更為昂貴、功率密度更低。
而一般降低高頻率排放的方式，則是透過(guò)有效的閘極驅動(dòng)器設計來(lái)降低切換邊緣速率。雖然這么做有助降低 >30 MHz 之頻帶的 EMI，但是降低的邊緣速率會(huì )導致切換損失增加，進(jìn)而使解決方案的效率降低。換句話(huà)說(shuō)，為了實(shí)現低 EMI 的解決方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
為了免除取舍的需要并且一并獲得高功率密度、高效率以及低 EMI 的優(yōu)勢，TI 在設計 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切換轉換器和控制器時(shí)，加入了多種技術(shù)，如圖 5 所示。前述技術(shù)包含展頻、主動(dòng) EMI 濾波、抵銷(xiāo)線(xiàn)圈、封裝創(chuàng )新、整合式輸入旁路電容器及真實(shí)電壓轉換率控制方法等，且這些技術(shù)都經(jīng)過(guò)設計，針對所需的特定頻帶量身打造；在上方連結的白皮書(shū)和其他資源區段所連結的相關(guān)教學(xué)影片中，對此提供了更深入的說(shuō)明。
圖 5：TI 的功率轉換器和控制器為了大幅降低 EMI 而采用的技術(shù)
結論
設計低 EMI 可顯著(zhù)縮短開(kāi)發(fā)周期時(shí)間，并可減少機板面積和解決方案成本。TI 提供多種可降低 EMI 的功能與技術(shù)。以 TI 經(jīng)過(guò) EMI 優(yōu)化的電源管理產(chǎn)品來(lái)運用不同技術(shù)組合，可確保使用 TI 組件的設計通過(guò)業(yè)界標準而無(wú)需過(guò)多重做。希望本信息和相關(guān)內容能簡(jiǎn)化您的設計程序，并且讓您能在不犧牲功率密度或效率的情況下，將終端設備維持在 EMI 限制內。 |
