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最新消息| 從集成電路設計源頭解決電源的EMI問題 | 2022-07-12 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://www.eet-china.com/news/202111080431.html" 硬件工程師大概很大比例有過類似的煩惱：費心費力加班加點終于把老板要求已久的樣機做出來，結果EMC測試不達標需要改版；產品因電源EMI問題遲遲不能上線，搞得焦頭爛額灰頭土臉，卻依然找不出整改方案……開關電源作為EMI大戶，其電路板的布局設計非常關鍵，決定了每一種電源設計的成敗。然而開關電源布局在設計過程中會經常被忽視，最終發現其至關重要卻為時已晚。而每每當EMI不過關，EMC分析成為團隊經驗的試金石，需要豐富的理論知識和實踐經驗，整改耗時耗力。如果從設計之初就考慮降低電源的EMI，是否就能免受上述問題的困擾，節省更多的人力和物力呢？ADI的設計師們也早都在考慮這個問題，并探尋出了一個簡化電源EMC設計的專利技術SilentSwitcher。從PCB上的EMI疏與堵到源頭求解電源的開關交流電流，電流從零切換至峰值，然后再回到零，因此它有最高的交流電流和EMI能量。此外，在電路工作時，開關瞬變通過寄生電阻、電感和電容的耦合作用產生高頻諧波。過以上分析，我們了解了EMI產生的原因，那怎么才能降低或預防EMI呢？從電源電路設計上看，我們可以通過以下方式來降低EMI，包括：盡量減少PCB上熱回路的面積，并降低電容和電感自身及PCB走線引入的寄生阻抗（這種方式對布局和器件參數有要求，而且改善EMI的效果比較有限）；通過減慢內部開關驅動器或外部添加緩沖器，降低MOSFET的開關速度（這種方式會增加開關損耗，降低轉換器的效率）；采用展頻(SSFM)技術，使EMI能量被打散分布在電路的整個頻域內（但這樣會在已知范圍內引起系統時鐘抖動）；也可采用添加濾波器或屏蔽的辦法來降低EMI（但這需要更多的外部元件和電路板面積）。最好的辦法就是不需要辦法電源主電路方案本身充分考慮了EMI問題，在不影響電源性能和增加外部元器件的前提下來有效地減少EMI。這就是ADI的專利技術--SilentSwitcher相關系列電源方案的設計初衷。創新技術SilentSwitcher從根本上消除EMI源ADI的SilentSwitcher技術采用兩個對稱分布的輸入熱回路，這兩個回路產生磁場方向是相反的，能量相互抵消，從而電氣回路對外沒有凈磁場（如下圖）。因此，SilentSwitcher技術無需降低MOSFET的開關速度，解決了EMI和效率之間的權衡問題。SilentSwitcher拓撲（右圖）SilentSwitcher電磁感應示意圖此外，SilentSwitcher技術采用創新的銅柱倒裝封裝工藝，這種工藝可以大大降低芯片管腳的寄生阻抗，在降低EMI的同時，可以提升轉換器的效率。銅柱倒裝封裝（右圖）與傳統封裝的對比目前，ADI的SilentSwitcher技術已經發展到第2代，第1代技術SilentSwitcher1(如LT8614)需要在芯片兩側的VIN和GND之間分別放置一個輸入電容，并且要求兩側電容與對應的VIN和GND管腳圍成的環路盡量小且對稱，對電路布局布線和電容的一致性有一定要求。SilentSwitcher1的對電路布局仍有一定要求SilentSwitcher第二代產品將兩個輸入熱回路中需要對稱放置的電容集成在芯片的內部，降低了SilentSwitcher對電源電路布局的敏感性，減少了外部元件，同時可縮小熱回路的面積，降低EMI。SilentSwitcher2內部集成了熱回路電容，設計更簡單另外，ADI也推出了采用SilentSwitcher技術的Module穩壓器微型模塊化電源系列，內部集成MOS和功率電感，如LTM4700、LTM8071、LTM8024、LTM8078等，為用戶提供了簡單可靠、高性能和高電源密度的解決方案。傳統電源方案與SilentSwitcher技術的EMC比較在不增加開關導通時間的前提下，大大降低開關節點信號上升沿的振鈴，從而降低EMI.下下圖是采用SilentSwitcher技術的LT8614和傳統的降壓轉換器LT8610在同等條件下的波形對比。采用SilentSwitcher2技術可以做到更快的導通時間和更低的振鈴。下圖是LT8610和LT8614在相同條件下進行EMC測試的對比，可以看到，相對EMC表現不錯的LT8610，LT8614的EMI更低，多出大約20dB的裕量。LT8614與LT8610EMC測試結果對比采用SilentSwitcher2的轉換器EMI水平更低，在2層PCB上也可以通過嚴格的CISPR25Class5測試。可選的擴展頻譜調制功能，可以進一步降低EMI。例如LT8640S同步降壓穩壓器就采用了第二代超低噪聲開關穩壓器架構，最大程度地降低了EMI輻射，其中包含集成旁路電容以優化內部所有快速電流環，并通過降低布局敏感性輕松實現宣傳的EMI性能。因此LT8640S非常適合噪聲敏感應用和環境。LT8640S應用電路外圍電路設計非常簡單結語通過以上分析，ADI的SilentSwitcher技術可以在不影響電源性能和增加外部元器件的前提下有效地降低EMI，是一種從設計之初就降低電源EMI輻射的簡單的、行之有效的方法。SilentSwitcher功能使開關模式電源設計更容易滿足CISPR32和CISPR25等各種抗噪標準要求。因為這類器件能夠在大于2MHz開關頻率下進行高效轉換，并且對轉換效率的影響最小。此外，其內部旁路電容減少EMI輻射并提供更緊湊的解決方案占板空間。目前推出的SilentSwitcher2技術產品已經基本上消除了PCB布局的敏感性。責編：LuffyLiu本文為EET電子工程專輯原創文章，禁止轉載。請尊重知識產權，違者本司保留追究責任的權利。 關鍵字標籤：dc power supply testing Service UnavailableThe server is temporarily unable to service your request due to maintenance downtime or capacity problems. Please try again later. Additionally, a 503 Service Unavailable error was encountered while trying to use an ErrorDocument to handle the request. | |