如何有效降低傳導輻射幹擾？

一直以來，設計中的電磁幹擾（EMI）問題十分令人頭（tóu）疼，尤其（qí）是在汽車領域。為了盡可能的減小電磁幹擾（rǎo），設計人員通常會在設計原理圖和繪製布局時（shí），通過降低高di / dt的環（huán）路麵積以及開關轉換速率來減小噪聲源（yuán）。

但是，有時無論布局和原理（lǐ）圖的設計多麽謹慎，仍然無法將傳導EMI降（jiàng）低到所需的水平。這是因為噪聲不僅取決於電路寄生參數，還與電流強（qiáng）度有關。另外，開關打開和關閉的動作會產生不連續的電流，這些不連續電流（liú）會在輸入電容上產生電壓紋波，從而增加EMI。

因此，有必要采用一些其他方法來提高傳導EMI的性能。本文主要討論的是引入輸入濾波（bō）器來濾除（chú）噪聲，或增加屏蔽罩來鎖住（zhù）噪聲。

圖1 EMI濾波器示意簡（jiǎn）圖（tú）

圖1是一個（gè）簡化的EMI濾波器，包括共模（CM）濾波器和差模（DM）濾波器。 通（tōng）常，DM濾波器主要用於濾除（chú）小於（yú）30MHz的噪（zào）聲（DM噪聲），CM濾波器主要用於濾除30MHz至100MHz的（de）噪聲（CM噪聲）。 但其實這兩個濾波器對於整個頻段的EMI噪聲都有一定的抑製作用。

圖2顯示（shì）了一個（gè）不帶濾波器的（de）輸入引線噪聲，包括正向噪聲和負向噪聲，並標注了這些噪聲的峰值水平和平均水（shuǐ）平。 其中，該（gāi）被測係統主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，並給（gěi）後續芯片TPS65263QRHBRQ1供電，同時輸出（chū）1.5V/3A，3.3V/2A以及1.8V/2A。 這兩個芯（xīn）片都工作在2.2MHz的開關頻率下（xià）。 另外，圖中（zhōng）顯示的傳導EMI標準是CISPR25 Class 5（C5）。有關該係統的更多信息，請查閱應用筆記SNVA810。

圖（tú）2 C5標準下的噪聲特性（無濾波器）

圖（tú）3顯示了增（zēng）加一個DM濾波器後的EMI結果。 從圖中可以看出，DM濾波器衰減了中頻段DM噪聲（2MHz至30MHz）近35dBμV/ m。此外高頻段噪聲（30MHz至100MHz）也有所降低，但仍超過（guò）限（xiàn）製水平。這主要是因為DM濾波器對於高頻段CM噪聲的濾除能力有限。

圖3 C5標準下的噪聲特性（帶DM濾波器）

圖（tú）4顯示了增加CM和DM濾波器後的噪聲特（tè）性。 與圖3相比，CM濾波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪聲。 並且EMI性（xìng）能也通過了CISPR25 C5標準。

圖4 C5標準下（xià）的噪聲特（tè）性（帶（dài）CM和DM濾波（bō）器）

圖5顯（xiǎn）示了不（bú）同布局下帶CM和DM濾波器的噪聲特性（xìng），其中濾波器與圖4相同。但與圖4相比，整個頻段的噪聲增（zēng）加了大約10dBμV/ m，高頻噪聲（shēng）甚至（zhì）還超（chāo）出CISPR25 C5標準的（de）平均值。

圖5 C5標（biāo）準下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器，不同布局）

圖4和圖5之間噪聲結果的不同主要是由於PCB布線差異所致，如圖（tú）6所示。圖5的布線中（圖6的右側），大麵積覆銅（GND）包圍著（zhe）DM濾波器（qì），並和Vin走線形成了一（yī）些寄生電容。 這些寄生電容為高頻信（xìn）號（hào）旁路濾波器提供了有效的低阻抗路徑。 因此，為了最大限度地提（tí）高濾波器的性能，需要移除濾波（bō）器周圍所有的覆銅，如圖6左側的布線（xiàn）。

圖6 不同（tóng）的PCB布線

除了增加濾（lǜ）波器外，另一種優化EMI性能的有（yǒu）效方法是增加屏蔽罩。 這是因（yīn）為（wéi）連接著GND的（de）金屬屏蔽罩可以阻止噪聲向外輻射。 圖7推薦了一種屏蔽罩的擺放方法。該屏蔽罩恰好覆蓋了板上所有的元器件。

圖8顯示了增加濾波器和屏蔽罩之後的（de）EMI結果。 如圖所示，整個頻段的噪聲幾乎都被屏蔽（bì）罩消除，EMI性能非常好（hǎo）。 這主要是因為等效（xiào）為天線的長輸入引線會耦合大量輻射噪聲，而屏蔽罩恰好隔絕了（le）它們。在本設計中，中頻噪聲也會采（cǎi）用這種方式耦合到輸入（rù）引線上（shàng）。

圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型

圖8 C5標準下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽罩）

圖9也顯示了帶濾波器和屏蔽罩的噪聲特性（xìng）。與圖8 不同的是，圖9中屏蔽罩是一個金屬盒，它（tā）包裹了整（zhěng）個電路板，且隻有輸（shū）入引線裸露在外麵。 雖然有了這個屏蔽罩，但一些輻射噪聲（shēng）仍然可以繞過EMI濾波器並耦合到PCB上的電源線，這將會導（dǎo）致比圖8更差的噪聲特性。有趣的（de）是，圖4，圖8和圖9中（相同的布局布線（xiàn））高頻帶的噪（zào）聲特性（xìng）幾乎相同。 這是因為在增加EMI濾波器（qì）後，能耦（ǒu）合到輸入線上的（de）高頻段輻射噪聲幾乎已經不存在了。

圖9 C5標準下的噪聲（shēng）特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽金屬盒（hé））

綜合來說，增加EMI濾波器（qì）或者屏蔽罩都能有效（xiào）的改善EMI性能。但是與此同（tóng）時，濾（lǜ）波器（qì）的布局布線以及屏蔽罩的擺放位置需要仔細（xì）斟酌。