關(guān)于電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)、成因以及緩解技術(shù)的剖析

工業(yè)、汽車與個人運算應(yīng)用中的電子系統(tǒng)愈發(fā)密集且互相連接。為了改善這類系統(tǒng)的尺寸和功能，因此在封裝各種不同電路時皆采取近封裝距離。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(tǒng)設(shè)計考慮。

圖 1 所示的車用攝影機模塊就是這類多功能系統(tǒng)其中一個范例，該模塊內(nèi)的兩百萬像素成像組件、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。如此會使復(fù)雜度和密度隨之提升并帶來副作用，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(shè)計期間能夠小心留意，否則前述的配置方式勢必會導(dǎo)致一系列電路對敏感組件的功能造成電磁干擾。

電磁干擾 （EMI） 可能會以兩種方式顯現(xiàn)。例如連接相同電源供應(yīng)器的無線電和電機鉆就是一例，如圖 2 所示。在本例中，敏感無線電系統(tǒng)的運作會透過傳導(dǎo)方式受到電機影響，因為這兩者共享相同的電源插座。電機也會透過電磁輻射對無線電的功能造成影響，因為前述電磁輻射會透過空氣耦合，并受到無線電天線接收。

終端設(shè)備制造商整合不同來源的組件時，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(guī)則，針對干擾電路設(shè)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。

共享 EMI 標(biāo)準(zhǔn)

用于限制干擾的規(guī)定采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格建立，例如適用汽車產(chǎn)業(yè)的國際無線電干擾特別委員會 （CISPR） 25，以及適用多媒體設(shè)備的 CISPR 32。CISPR 標(biāo)準(zhǔn)是 EMI 設(shè)計的重要關(guān)鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術(shù)的目標(biāo)性能。CISPR 標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)干擾模式分類為傳導(dǎo)式限制和輻射式限制，如圖 3 所示。圖 3 圖表中的長條代表最大的傳導(dǎo)式和輻射式排放限制，這是使用標(biāo)準(zhǔn) EMI 測量設(shè)備進行測量時，受測裝置所能容許的上限。

圖 3：傳導(dǎo)式和輻射式 EMI 的一般標(biāo)準(zhǔn)

EMI 的成因

若要建立兼容于 EMI 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，需要清楚了解 EMI 的主要成因?，F(xiàn)代電子系統(tǒng)中，最常見的電路之一就是硬式切換電源供應(yīng)器 （SMPS），可在多數(shù)應(yīng)用中透過線性穩(wěn)壓器大幅提升效率。但這樣的效率必須付出代價，因在 SMPS 中切換功率場效應(yīng)晶體管，會使其成為主要 EMI 來源。

如圖 4 所示，在 SMPS 中進行切換的本質(zhì)，會導(dǎo)致產(chǎn)生非連續(xù)輸入電流、在切換節(jié)點的高邊緣速率，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(xù)電流會影響 《30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節(jié)點的高邊緣速率以及振鈴則會影響 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 來源

降低 EMI 的傳統(tǒng)和進階技術(shù)

在傳統(tǒng)設(shè)計中，主要使用兩種方法降低切換轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的 EMI，而兩種方法都會造成相關(guān)的損失。為了處理低頻率 （《30 MHz） 排放并符合適用標(biāo)準(zhǔn)，會在切換轉(zhuǎn)換器的輸入處放置大型被動濾波器，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，則是透過有效的閘極驅(qū)動器設(shè)計來降低切換邊緣速率。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導(dǎo)致切換損失增加，進而使解決方案的效率降低。換句話說，為了實現(xiàn)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(shè)計 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切換轉(zhuǎn)換器和控制器時，加入了多種技術(shù)，如圖 5 所示。前述技術(shù)包含展頻、主動 EMI 濾波、抵銷線圈、封裝創(chuàng)新、整合式輸入旁路電容器及真實電壓轉(zhuǎn)換率控制方法等，且這些技術(shù)都經(jīng)過設(shè)計，針對所需的特定頻帶量身打造；在上方連結(jié)的白皮書和其他資源區(qū)段所連結(jié)的相關(guān)教學(xué)影片中，對此提供了更深入的說明。

結(jié)論

設(shè)計低 EMI 可顯著縮短開發(fā)周期時間，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 EMI 優(yōu)化的電源管理產(chǎn)品來運用不同技術(shù)組合，可確保使用 TI 組件的設(shè)計通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)而無需過多重做。希望本信息和相關(guān)內(nèi)容能簡化您的設(shè)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(shè)備維持在 EMI 限制內(nèi)。

審核編輯：金巧