通過線性技術(shù)有效降低EMI

電磁輻射（EMR），電磁干擾（EMI）和電磁兼容性（EMC）是指來自帶電粒子的能量以及可能潛在地干擾電路性能和信號(hào)傳輸?shù)南嚓P(guān)磁場。隨著無線通信的激增，過多的通信設(shè)備，以及越來越多的通信方法（包括蜂窩，WiFi，衛(wèi)星，GPS等）使用越來越多的頻率譜（帶有一些帶狀頻帶），電磁干擾是生活中的事實(shí)。為了減輕這種影響，許多政府機(jī)構(gòu)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)通信設(shè)備，設(shè)備和儀器可以發(fā)出的輻射量設(shè)定了限制。這種規(guī)范的一個(gè)例子，CISPR 16-1-3，處理無線電干擾和電磁干擾的特征在于傳導(dǎo)（通過電源傳輸）或輻射（通過空氣傳播）。開關(guān)電源產(chǎn)生兩種類型。線性技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種減少傳導(dǎo)和輻射干擾的技術(shù)是擴(kuò)頻調(diào)頻（SSFM）。這種技術(shù)用于我們的幾個(gè)基于電感器和電容器的開關(guān)電源，硅振蕩器和LED驅(qū)動(dòng)器，以在更寬的頻帶上傳播噪聲，從而降低特定頻率下的峰值和平均噪聲。

SSFM通過不允許發(fā)射的能量在任何一個(gè)接收器頻帶中停留相當(dāng)長的時(shí)間來改善EMI。有效SSFM的關(guān)鍵決定因素是頻率擴(kuò)展量和調(diào)制速率。對(duì)于切換器應(yīng)用，典型的擴(kuò)展為±10％，最佳調(diào)制速率取決于調(diào)制配置文件。各種頻率擴(kuò)展方法用于SSFM，例如用正弦波或三角波調(diào)制時(shí)鐘頻率。

調(diào)制方法

大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器都表現(xiàn)出頻率依賴的紋波;開關(guān)頻率越低，紋波越多，開關(guān)頻率越高。結(jié)果，如果切換時(shí)鐘是頻率調(diào)制的，則切換器的紋波將表現(xiàn)出幅度調(diào)制。如果時(shí)鐘的調(diào)制信號(hào)是周期性的，例如正弦波或三角波，則在調(diào)制頻率處會(huì)有周期性的紋波調(diào)制和不同的頻譜分量（圖1）。

由于調(diào)制頻率遠(yuǎn)低于切換臺(tái)的時(shí)鐘，因此可能難以濾除。由于下游電路中的電源噪聲耦合或有限的電源抑制，這可能導(dǎo)致諸如可聽音調(diào)或可見顯示偽像之類的問題。偽隨機(jī)頻率調(diào)制可以避免這種周期性紋波。利用偽隨機(jī)頻率調(diào)制，時(shí)鐘以偽隨機(jī)方式從一個(gè)頻率移位到另一個(gè)頻率。由于切換器的輸出紋波由類噪聲信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，因此輸出看起來好像沒有調(diào)制，下游系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。

調(diào)制量

隨著SSFM頻率范圍的增加，帶內(nèi)時(shí)間的百分比降低。在下面的圖2中，請注意與單個(gè)未調(diào)制的窄帶信號(hào)相比，調(diào)制頻率如何顯示為寬帶信號(hào)，峰值值低20dB。如果發(fā)射信號(hào)不頻繁地進(jìn)入接收器的頻帶并且短時(shí)間（相對(duì)于其響應(yīng)時(shí)間），則發(fā)生顯著的EMI降低。例如，±10％的頻率調(diào)制在EMI降低方面比±2％ 1 的頻率調(diào)制更有效。然而，開關(guān)穩(wěn)壓器具有它們可以容忍的有限頻率范圍。作為一般規(guī)則，大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器可以輕松容忍±10％的頻率變化。

調(diào)制速率

與調(diào)制量相似，隨著頻率調(diào)制速率的增加（跳頻），EMI將成為“帶內(nèi)“對(duì)于給定的接收器將減少并且EMI將減少。但是，切換器可以跟蹤的頻率變化率（dF / dt）是有限的。解決方案是找到不影響切換器輸出調(diào)節(jié)的最高調(diào)制速率。

測量EMI

測量EMI的典型方法參考作為峰值檢測，準(zhǔn)峰值檢測或平均檢測。對(duì)于這些測試，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置測試設(shè)備的帶寬以反映感興趣的真實(shí)世界帶寬并確定SSFM的有效性。當(dāng)頻率調(diào)制時(shí)，探測器會(huì)響應(yīng)發(fā)射掃描探測器的頻帶。當(dāng)探測器的帶寬與調(diào)制速率相比較小時(shí)，探測器的有限響應(yīng)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致衰減的EMI測量。相反，探測器的響應(yīng)時(shí)間不會(huì)影響固定頻率發(fā)射，也不會(huì)觀察到EMI衰減。峰值檢測測試顯示SSFM的改善直接對(duì)應(yīng)于衰減量。準(zhǔn)峰值檢測測試可以顯示進(jìn)一步的EMI改善，因?yàn)樗ㄕ伎毡鹊挠绊?。具體而言，固定頻率發(fā)射產(chǎn)生100％的占空比，而來自SSFM的占空比根據(jù)發(fā)射在檢測器頻帶內(nèi)的時(shí)間量減少。最后，平均檢測測試可以顯示最顯著的EMI改善，因?yàn)樗缘屯ㄟ^濾峰檢測信號(hào)，從而產(chǎn)生帶內(nèi)平均能量。與平均和峰值能量相等的固定頻率發(fā)射不同，SSFM衰減峰值檢測能量和帶內(nèi)時(shí)間量，從而導(dǎo)致較低的平均檢測結(jié)果。許多監(jiān)管測試要求系統(tǒng)通過準(zhǔn)峰值和平均檢測測試。

SSFM和接收器帶寬

無論是否啟用SSFM，在任何時(shí)刻，開關(guān)穩(wěn)壓器的峰值發(fā)射可能看起來都相同。怎么可能？ SSFM的有效性部分取決于接收器的帶寬。要獲得排放的“瞬時(shí)快照”，需要無限帶寬。每個(gè)實(shí)際系統(tǒng)都有有限的帶寬。如果時(shí)鐘頻率的變化快于接收器的帶寬，則接收干擾的減少將是顯著的。

硅振蕩器中的SSFM

LTC6909，LTC6902和LTC6908是具有擴(kuò)頻調(diào)制功能的八路，四路和兩路輸出多相硅振蕩器。這些器件通常用于為開關(guān)電源提供時(shí)鐘。多相操作有效地增加了系統(tǒng)切換頻率（因?yàn)橄辔槐憩F(xiàn)為開關(guān)頻率的增加），并且擴(kuò)頻調(diào)制使得每個(gè)設(shè)備在一定頻率范圍內(nèi)切換，從而在更寬的頻帶上擴(kuò)展傳導(dǎo)EMI。 LTC6908具有5kHz至10MHz的頻率范圍，可提供兩路輸出，并可提供兩次輸出; LTC6908-1有兩個(gè)輸出，它們之間有180°相移，LTC6908-2有兩個(gè)輸出，它們之間有90°相移。前者非常適用于同步雙單開關(guān)穩(wěn)壓器，后者非常適用于同步雙相開關(guān)穩(wěn)壓器。四通道LTC6902具有5kHz至20MHz的頻率范圍，可以編程為等間距的2相，3相或4相。 LTC6909具有12kHz至6.67MHz的頻率范圍，最多可編程為8個(gè)相位。

為了解決上述周期性紋波，這些硅振蕩器使用偽隨機(jī)頻率調(diào)制。利用這種技術(shù)，開關(guān)調(diào)節(jié)器時(shí)鐘以偽隨機(jī)方式 2 從一個(gè)頻率移位到另一個(gè)頻率。頻率偏移率或跳頻率越高，切換器在給定頻率下工作的時(shí)間越短，并且對(duì)于給定的接收器間隔，EMI將在“帶內(nèi)”的時(shí)間越短。

但是，跳頻率有一個(gè)限制。如果頻率以超出開關(guān)穩(wěn)壓器帶寬的速率跳變，則輸出尖峰可能在時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)換邊沿發(fā)生。較低的切換器帶寬會(huì)導(dǎo)致更明顯的尖峰。因此，LTC6908和LTC6909包含一個(gè)專有的跟蹤濾波器，可以平滑從一個(gè)頻率到下一個(gè)頻率的轉(zhuǎn)換（LTC6902使用內(nèi)部25kHz低通濾波器）。內(nèi)部濾波器跟蹤跳頻率，為所有頻率和調(diào)制速率提供最佳平滑。

對(duì)于許多邏輯系統(tǒng)，此濾波調(diào)制信號(hào)可能是可接受的，但周期到周期抖動(dòng)問題必須要仔細(xì)考慮。即使使用跟蹤濾波器，給定調(diào)節(jié)器的帶寬仍可能不足以實(shí)現(xiàn)高速率的頻率調(diào)制。對(duì)于帶寬限制，LTC6908 / LTC6909的跳頻率可以從標(biāo)稱頻率的1/16的默認(rèn)速率降低到標(biāo)稱頻率的1/32或1/64的速率。

電源中的SSFM

開關(guān)穩(wěn)壓器在逐周期的基礎(chǔ)上運(yùn)行，以將功率傳輸?shù)捷敵?。在大多?shù)情況下，操作頻率要么是固定的，要么是基于輸出負(fù)載的常數(shù)。這種轉(zhuǎn)換方法在工作頻率（基波）和工作頻率的倍數(shù)（諧波）下產(chǎn)生大的噪聲分量。

LTM4608A 8A，2.7V至5.5V IN < / sub>具有SSFM的DC /DCμModule降壓穩(wěn)壓器

為了降低開關(guān)噪聲，LTM4608A可以通過將CLKIN引腳連接到SV IN 來實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻功能（低功耗）電路電源引腳）。在擴(kuò)頻模式下，LTM4608A的內(nèi)部振蕩器設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其周期在逐個(gè)周期的基礎(chǔ)上是隨機(jī)的，但固定在標(biāo)稱頻率的70％和130％之間。這有利于在一定頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展開關(guān)噪聲，從而顯著降低峰值噪聲。如果CLKIN接地或由外部頻率同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)，則禁用擴(kuò)頻操作。圖5顯示了啟用擴(kuò)頻功能的工作電路。必須將一個(gè)0.01μF的電容值從PLLLPF引腳接地，以控制擴(kuò)頻頻率變化的轉(zhuǎn)換速率。組分值由公式R SR ≥1/ - （ln（1- 0.592 / V IN ）* 500 * C SR ）確定。< / p>

具有SSFM的LT860942V輸入，2A同步降壓轉(zhuǎn)換器

LT8609是一款微功率降壓轉(zhuǎn)換器，可在高開關(guān)頻率下保持高效率（2MHz時(shí)為93％），允許更小的外部元件。 SSFMmode的操作類似于脈沖跳躍模式操作，其關(guān)鍵區(qū)別在于開關(guān)頻率由3 kHz三角波上下調(diào)制。調(diào)制范圍通過開關(guān)頻率設(shè)置在低端（開關(guān)頻率由RT引腳上的電阻設(shè)置），在高電平時(shí)設(shè)置的值比RT設(shè)置的頻率高約20％。要啟用擴(kuò)頻模式，請將SYNC引腳連接到INTVCC或?qū)⑵潋?qū)動(dòng)至3.2V和5V之間的電壓。

具有SSFM的LTC3251 / LTC3252電荷泵降壓穩(wěn)壓器< / p>

LTC3251 / LTC3252是2.7V至5.5V，單個(gè)500mA /雙250mA電荷泵降壓穩(wěn)壓器，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，其周期是逐周期隨機(jī)的，但固定在1MHz和1.6MHz。圖6和圖7顯示了與傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器相比，LTC3251的擴(kuò)頻特性如何顯著降低峰值諧波噪聲并幾乎消除了諧波。擴(kuò)頻操作可通過LTC3251選擇，但始終通過LTC3252使能。

LED驅(qū)動(dòng)器中的SSFM

具有SSFM的LT3795 110V多拓?fù)銵ED控制器

開關(guān)穩(wěn)壓器LED驅(qū)動(dòng)器對(duì)于汽車和與EMI有關(guān)的顯示照明應(yīng)用來說也很麻煩。為了改善EMI性能，LT3795 110V多拓?fù)銵ED驅(qū)動(dòng)器控制器包括SSFM。如果RAMP引腳上有一個(gè)電容，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)介于1V和2V之間的三角波。然后將該信號(hào)饋入內(nèi)部振蕩器，以調(diào)制基頻的70％和基頻之間的開關(guān)頻率，基頻由時(shí)鐘頻率設(shè)定電阻RT設(shè)定。調(diào)制頻率由公式12μA/（2?1V?C RAMP ）設(shè)置。圖8和圖9顯示了常規(guī)升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器電路（連接到GND的RAMP引腳）和擴(kuò)頻調(diào)制使能升壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器（RAMP引腳上為6.8nF）之間的噪聲頻譜比較。圖8顯示了平均傳導(dǎo)EMI，圖9顯示了峰值傳導(dǎo)EMI。 EMI測量的結(jié)果對(duì)用電容器選擇的RAMP頻率敏感。 1kHz是優(yōu)化峰值測量的良好起點(diǎn)，但是為了在特定系統(tǒng)中獲得最佳的整體EMI結(jié)果，可能需要對(duì)該值進(jìn)行一些微調(diào)。

LT3952多拓?fù)?2V IN ，帶SSFM的60V / 4A LED驅(qū)動(dòng)器

LT3952是一款60V / 4A電源開關(guān)，恒流，恒壓多拓?fù)銵ED驅(qū)動(dòng)器，具有可選功能SSFM。振蕩器頻率以偽隨機(jī)方式從標(biāo)稱頻率（f SW ）變化到高于標(biāo)稱值的31％，步長為1％。這種單向調(diào)整使LT3952可以簡單地通過將標(biāo)稱頻率編程在略高于它的位置來避免系統(tǒng)中的敏感頻帶（例如AM無線電頻譜）。比例步長允許用戶輕松確定其指定EMI測試箱大小的時(shí)鐘頻率值（RT引腳），偽隨機(jī)方法從頻率變化本身提供音調(diào)抑制。

使用f SW / 32的速率，與振蕩器頻率成比例地更新偽隨機(jī)值。在標(biāo)準(zhǔn)EMI測試停留時(shí)間內(nèi)，此速率允許整組頻率多次通過。

凌力爾特公司還有許多其他產(chǎn)品可以有效地使用設(shè)計(jì)技術(shù)來降低EMI。如上所述，使用SSFM是一種技術(shù)。其他方法包括減慢快速內(nèi)部時(shí)鐘邊沿和內(nèi)部濾波。使用我們的Silent Switcher ?技術(shù)實(shí)現(xiàn)了另一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)使用布局有效降低EMI。 LT8640是一款獨(dú)特的42V輸入，微功率，同步降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，結(jié)合了靜音開關(guān)技術(shù)和SSFM，可降低EMI。因此，下一次EMI是您設(shè)計(jì)中的一個(gè)問題時(shí)，請務(wù)必尋找我們的低EMI產(chǎn)品，使您更容易符合EMI標(biāo)準(zhǔn)。