如何有效降低傳導輻射幹擾？

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

但是，有（yǒu）時無論布局和原理圖的設（shè）計多麽謹慎，仍然無法將傳導EMI降低到所需的水平。這是（shì）因為噪聲不僅取（qǔ）決（jué）於電路寄生參（cān）數，還與電流強（qiáng）度有關（guān）。另外，開關打開和關閉的動作會（huì）產生不連（lián）續的電流，這些（xiē）不連續電流（liú）會在輸入電容上（shàng）產生電壓紋波，從而增加EMI。

因此，有必要采用（yòng）一些其他方（fāng）法來提高傳導EMI的性（xìng）能。本文主要討論的是引入（rù）輸入濾波器來濾除噪聲，或增加屏蔽罩來鎖住噪聲（shēng）。

圖1 EMI濾波器示意簡圖

圖1是一個簡化的EMI濾波器，包括共（gòng）模（CM）濾波器和（hé）差模（DM）濾波器。 通常，DM濾波器主要用於濾除小於30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波器主要用於濾除30MHz至100MHz的噪聲（CM噪（zào）聲）。 但（dàn）其實這兩個（gè）濾波器對於整個頻段的EMI噪聲都（dōu）有一定的抑製作用。

圖2顯示（shì）了一個不帶濾（lǜ）波器的（de）輸（shū）入引線噪聲，包括正向噪聲和負向噪聲，並標（biāo）注了這些噪聲的峰（fēng）值水平和平均水平（píng）。 其中，該被測係統主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，並給後續芯片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（chuán）導EMI標準是CISPR25 Class 5（C5）。有關該係統的更多信息（xī），請查閱應用筆記（jì）SNVA810。

圖2 C5標準下的噪聲特性（無濾波器）

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

圖3 C5標準下的噪聲特性（帶DM濾波器）

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

圖4 C5標準（zhǔn）下的噪聲特性（帶CM和DM濾（lǜ）波器）

圖5顯示了不同布（bù）局下帶（dài）CM和DM濾波（bō）器的噪聲特性，其中（zhōng）濾波（bō）器與圖4相同（tóng）。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（hái）超出CISPR25 C5標準的平均值。

圖5 C5標準下的噪聲特性（xìng）（帶CM和DM濾波器（qì），不同布局）

圖4和圖5之間噪聲結果的不同主（zhǔ）要是由（yóu）於PCB布線差異所致，如圖6所示。圖5的（de）布（bù）線中（圖6的右側），大麵積覆銅（GND）包圍著DM濾波器，並和Vin走線形成了一（yī）些（xiē）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（de）低阻抗路徑。 因此（cǐ），為了最大限度地提高（gāo）濾波器的性能，需要（yào）移（yí）除濾波器周圍所有的覆銅，如圖（tú）6左側的布線。

圖6 不同的（de）PCB布線

除了增加濾波（bō）器外，另一（yī）種優化EMI性能的有效方法是增加（jiā）屏蔽罩。 這是因為連接著GND的金屬屏蔽罩可以阻（zǔ）止噪聲向外（wài）輻射。 圖7推薦了一種屏蔽罩的擺放方法（fǎ）。該屏蔽罩恰好覆蓋了板上所（suǒ）有的元器件。

圖8顯示了增（zēng）加濾波器和（hé）屏蔽罩之後的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（shì）因為等效為天線的長輸入引線會耦合大（dà）量輻射噪聲，而屏蔽罩恰好（hǎo）隔絕了（le）它們。在本設計中，中頻噪聲也會采用這種方式耦合（hé）到輸入引線上。

圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型

圖8 C5標（biāo）準（zhǔn）下的噪聲特（tè）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。與圖8 不同的是，圖9中屏（píng）蔽罩是一個金屬盒，它（tā）包（bāo）裹了整個電路板，且隻有（yǒu）輸入引線裸露在外麵。 雖然有了這個屏（píng）蔽罩，但一些輻射噪聲仍然可以繞過EMI濾波器並耦合到PCB上的電源線，這將會導致比圖8更差的噪聲特性（xìng）。有趣（qù）的是（shì），圖4，圖8和圖9中（zhōng）（相同的布局布線）高頻（pín）帶的噪聲特（tè）性幾乎相同。 這是因為在增加EMI濾波器後（hòu），能耦合到輸入線上的高頻段輻射噪聲幾乎已經不存在了。

圖9 C5標準下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以（yǐ）及（jí）屏蔽金屬盒）

綜合來說，增加EMI濾波器或者（zhě）屏蔽罩都能有效（xiào）的（de）改善EMI性（xìng）能。但是與此同時（shí），濾波器的布局布線以及屏蔽罩的擺放（fàng）位置（zhì）需要仔細斟酌。