有效降低传导辐射干扰的小技巧
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一直以來，設計中的電磁干擾（EMI）問題十分令人頭疼，尤其是在汽車領域。為了盡可能的減小電磁干擾，設計人員通常會在設計原理圖和繪制布局時，通過降低高di / dt的環路面積以及開關轉換速率來減小噪聲源。
但是，有時無論布局和原理圖的設計多么謹慎，仍然無法將傳導EMI降低到所需的水平。這是因為噪聲不僅取決于電路寄生參數，還與電流強度有關。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器來濾除噪聲，或增加屏蔽罩來鎖住噪聲。
圖1 EMI濾波器示意簡圖
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圖1是一個簡化的EMI濾波器，包括共模（CM）濾波器和差模（DM）濾波器。 通常，DM濾波器主要用于濾除小于30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波器主要用于濾除30MHz至100MHz的噪聲（CM噪聲）。 但其實這兩個濾波器對于整個頻段的EMI噪聲都有一定的抑制作用。
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圖2 C5標準下的噪聲特性（無濾波器）
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圖2顯示了一個不帶濾波器的輸入引線噪聲，包括正向噪聲和負向噪聲，并標注了這些噪聲的峰值水平和平均水平。 其中，該被測系統主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，并給后續芯片TPS65263QRHBRQ1供電，同時輸出1.5V/3A，3.3V/2A以及1.8V/2A。 這兩個芯片都工作在2.2MHz的開關頻率下。 另外，圖中顯示的傳導EMI標準是CISPR25 Class 5（C5）。有關該系統的更多信息，點擊以下鏈接http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/snva810/snva810.pdf。
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圖3 C5標準下的噪聲特性（帶DM濾波器）
圖3顯示了增加一個DM濾波器后的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，但仍超過限制水平。這主要是因為DM濾波器對于高頻段CM噪聲的濾除能力有限。
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圖4 C5標準下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器）
圖4顯示了增加CM和DM濾波器后的噪聲特性。 與圖3相比，CM濾波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪聲。 并且EMI性能也通過了CISPR25 C5標準。
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圖5 C5標準下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器，不同布局）
圖5顯示了不同布局下帶CM和DM濾波器的噪聲特性，其中濾波器與圖4相同。但與圖4相比，整個頻段的噪聲增加了大約10dBμV/ m，高頻噪聲甚至還超出CISPR25 C5標準的平均值。
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圖6 不同的PCB布線
圖4和圖5之間噪聲結果的不同主要是由于PCB布線差異所致，如圖6所示。圖5的布線中（圖6的右側），大面積覆銅（GND）包圍著DM濾波器，并和Vin走線形成了一些寄生電容。 這些寄生電容為高頻信號旁路濾波器提供了有效的低阻抗路徑。 因此，為了最大限度地提高濾波器的性能，需要移除濾波器周圍所有的覆銅，如圖6左側的布線。
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圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型
除了增加濾波器外，另一種優化EMI性能的有效方法是增加屏蔽罩。 這是因為連接著GND的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。
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圖8 C5標準下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽罩）
圖8顯示了增加濾波器和屏蔽罩之后的EMI結果。 如圖所示，整個頻段的噪聲幾乎都被屏蔽罩消除，EMI性能非常好。 這主要是因為等效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它們。在本設計中，中頻噪聲也會采用這種方式耦合到輸入引線上。
圖9 C5標準下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽金屬盒）
圖9也顯示了帶濾波器和屏蔽罩的噪聲特性。與圖8 不同的是，圖9中屏蔽罩是一個金屬盒，它包裹了整個電路板，且只有輸入引線裸露在外面。 雖然有了這個屏蔽罩，但一些輻射噪聲仍然可以繞過EMI濾波器并耦合到PCB上的電源線，這將會導致比圖8更差的噪聲特性。有趣的是，圖4，圖8和圖9中（相同的布局布線）高頻帶的噪聲特性幾乎相同。 這是因為在增加EMI濾波器后，能耦合到輸入線上的高頻段輻射噪聲幾乎已經不存在了。
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綜合來說，增加EMI濾波器或者屏蔽罩都能有效的改善EMI性能。但是與此同時，濾波器的布局布線以及屏蔽罩的擺放位置需要仔細斟酌。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的有效降低传导辐射干扰的小技巧的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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