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有效降低传导辐射干扰的小技巧
发布时间：2025-02-14 08:53:00 浏览：276次
一直以来，设计中的电磁干扰（EMI）问题十分令人头疼，尤其是在汽车领域。为了尽可能的减小电磁干扰，设计人员通常会在设计原理图和绘制布局时，通过降低高di / dt的环路面积以及开关转换速率来减小噪声源。
但是，有时无论布局和原理图的设计多么谨慎，仍然无法将传导EMI降低到所需的水平。这是因为噪声不仅取决于电路寄生参数，还与电流强度有关。另外，开关打开和关闭的动作会产生不连续的电流，这些不连续电流会在输入电容上产生电压纹波，从而增加EMI。
因此，有必要采用一些其他方法来提高传导EMI的性能。本文主要讨论的是引入输入滤波器来滤除噪声，或增加屏蔽罩来锁住噪声。
图1 EMI滤波器示意简图
图1是一个简化的EMI滤波器，包括共模（CM）滤波器和差模（DM）滤波器。 通常，DM滤波器主要用于滤除小于30MHz的噪声（DM噪声），CM滤波器主要用于滤除30MHz至100MHz的噪声（CM噪声）。 但其实这两个滤波器对于整个频段的EMI噪声都有一定的抑制作用。图2显示了一个不带滤波器的输入引线噪声，包括正向噪声和负向噪声，并标注了这些噪声的峰值水平和平均水平。 其中，该被测系统主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1输出5V/5A，并给后续芯片TPS65263QRHBRQ1供电，同时输出1.5V/3A，3.3V/2A以及1.8V/2A。 这两个芯片都工作在2.2MHz的开关频率下。 另外，图中显示的传导EMI标准是CISPR25 Class 5（C5）。有关该系统的更多信息，请查阅应用笔记SNVA810。
图2 C5标准下的噪声特性（无滤波器）
图3显示了增加一个DM滤波器后的EMI结果。 从图中可以看出，DM滤波器衰减了中频段DM噪声（2MHz至30MHz）近35dBμV/ m。此外高频段噪声（30MHz至100MHz）也有所降低，但仍超过限制水平。这主要是因为DM滤波器对于高频段CM噪声的滤除能力有限。
图3 C5标准下的噪声特性（带DM滤波器）
图4显示了增加CM和DM滤波器后的噪声特性。 与图3相比，CM滤波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪声。 并且EMI性能也通过了CISPR25 C5标准。
图4 C5标准下的噪声特性（带CM和DM滤波器）
图5显示了不同布局下带CM和DM滤波器的噪声特性，其中滤波器与图4相同。但与图4相比，整个频段的噪声增加了大约10dBμV/ m，高频噪声甚至还超出CISPR25 C5标准的平均值。
图5 C5标准下的噪声特性（带CM和DM滤波器，不同布局）
图4和图5之间噪声结果的不同主要是由于PCB布线差异所致，如图6所示。图5的布线中（图6的右侧），大面积覆铜（GND）包围着DM滤波器，并和Vin走线形成了一些寄生电容。 这些寄生电容为高频信号旁路滤波器提供了有效的低阻抗路径。 因此，为了最大限度地提高滤波器的性能，需要移除滤波器周围所有的覆铜，如图6左侧的布线。
图6 不同的PCB布线
除了增加滤波器外，另一种优化EMI性能的有效方法是增加屏蔽罩。 这是因为连接着GND的金属屏蔽罩可以阻止噪声向外辐射。 图7推荐了一种屏蔽罩的摆放方法。该屏蔽罩恰好覆盖了板上所有的元器件。图8显示了增加滤波器和屏蔽罩之后的EMI结果。 如图所示，整个频段的噪声几乎都被屏蔽罩消除，EMI性能非�：�。 这主要是因为等效为天线的长输入引线会耦合大量辐射噪声，而屏蔽罩恰好隔绝了它们。在本设计中，中频噪声也会采用这种方式耦合到输入引线上。
图7 带屏蔽罩的PCB 3D模型
图8 C5标准下的噪声特性（带CM，DM滤波器以及屏蔽罩）
图9也显示了带滤波器和屏蔽罩的噪声特性。与图8 不同的是，图9中屏蔽罩是一个金属盒，它包裹了整个电路板，且只有输入引线裸露在外面。 虽然有了这个屏蔽罩，但一些辐射噪声仍然可以绕过EMI滤波器并耦合到PCB上的电源线，这将会导致比图8更差的噪声特性。有趣的是，图4，图8和图9中（相同的布局布线）高频带的噪声特性几乎相同。 这是因为在增加EMI滤波器后，能耦合到输入线上的高频段辐射噪声几乎已经不存在了。
图9 C5标准下的噪声特性（带CM，DM滤波器以及屏蔽金属盒）
综合来说，增加EMI滤波器或者屏蔽罩都能有效的改善EMI性能。但是与此同时，滤波器的布局布线以及屏蔽罩的摆放位置需要仔细斟酌。免责声明： 本文章转自其它平台，并不代表本站观点及立场。若有侵权或异议，请联系我们删除。谢谢！ Disclaimer: This article is reproduced from other platforms and does not represent the views or positions of this website. If there is any infringement or objection, please contact us to delete it. thank you! |
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