如何有效降低傳（chuán）導輻射幹擾？

一直以來，設計中的電磁幹擾（EMI）問題十分令人頭疼，尤其是在汽（qì）車領域。為了盡（jìn）可能的減小電磁（cí）幹擾，設計人員（yuán）通常會在設（shè）計原理圖和繪製（zhì）布局時，通過降低高di / dt的環路麵積以及開關轉（zhuǎn）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麽謹慎，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於電路寄生參數，還與電流強度有關。另外，開關打開和關閉的（de）動作會產生（shēng）不連（lián）續的電流，這些不連續電流（liú）會在（zài）輸入電容（róng）上產（chǎn）生電（diàn）壓紋波，從（cóng）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（lái）濾除噪聲，或增加屏蔽罩來鎖住噪聲。

圖1 EMI濾波器示意簡（jiǎn）圖（tú）

圖1是一個簡化（huà）的EMI濾波器，包括（kuò）共模（CM）濾波器和差模（DM）濾波（bō）器。 通常，DM濾波器主要用（yòng）於濾除小於30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波（bō）器主要用於濾除（chú）30MHz至100MHz的（de）噪聲（CM噪聲）。 但（dàn）其實（shí）這兩個（gè）濾（lǜ）波器對於整個頻段的EMI噪（zào）聲都有一（yī）定的抑製作用。

圖2顯（xiǎn）示了一（yī）個不帶濾波器的輸入引線噪聲，包括正向噪聲和負向噪聲，並（bìng）標注了這些噪（zào）聲的（de）峰值水平和平均水平。 其（qí）中，該被測係統主要采用芯片（piàn）LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，並給後續芯（xīn）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（tú）中顯示的（de）傳導EMI標準是CISPR25 Class 5（C5）。有關該係統的更多信息，請查閱應用（yòng）筆記SNVA810。

圖2 C5標準下的噪聲特性（無濾波器）

圖3顯示了增加一個DM濾波器後的EMI結果（guǒ）。 從圖中可以看出，DM濾（lǜ）波（bō）器衰減了中頻段DM噪聲（2MHz至30MHz）近35dBμV/ m。此外高（gāo）頻段噪聲（30MHz至100MHz）也有所降（jiàng）低，但仍（réng）超過限（xiàn）製水平。這（zhè）主要是因（yīn）為DM濾波（bō）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（bō）器後的噪聲特（tè）性。 與圖3相比，CM濾（lǜ）波器的增加降低（dī）了近20dBμV/ m的CM噪聲。 並且EMI性能也通過了CISPR25 C5標準。

圖4 C5標準下的噪聲特性（帶CM和DM濾（lǜ）波器）

圖（tú）5顯示了（le）不同（tóng）布局下帶（dài）CM和DM濾波器的噪聲特性，其中濾波器與圖4相同。但與（yǔ）圖4相比，整個頻段的噪聲增加了（le）大約10dBμV/ m，高頻（pín）噪聲甚至還超出CISPR25 C5標準的平均值。

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

圖4和圖5之間噪聲結果的不同主要是由於PCB布線差異所致，如圖6所示。圖5的布線中（圖6的右側），大麵積覆銅（GND）包圍著（zhe）DM濾波器，並和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（xiào）的低阻抗路徑。 因此，為了最大限度地提高濾（lǜ）波器的（de）性能，需要移除（chú）濾波器周圍（wéi）所有的覆銅，如圖6左側的布線。

圖6 不同的PCB布線

除了增加濾波器外，另一種優化EMI性能的有效方（fāng）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止噪聲向外輻射。 圖（tú）7推薦了一種屏蔽罩的擺放方法。該屏蔽（bì）罩恰（qià）好（hǎo）覆蓋了板上所有的（de）元器件。

圖8顯示了（le）增加濾波器（qì）和屏蔽罩之（zhī）後的EMI結果。 如圖所示（shì），整個頻段的噪聲幾乎都被（bèi）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（huì）耦（ǒu）合大量輻射噪（zào）聲，而屏蔽罩恰好隔絕了（le）它們。在本設計中，中頻噪聲（shēng）也會采用這種方式耦合到輸入引線上。

圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型

圖（tú）8 C5標（biāo）準下的噪聲特（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（zhào）的（de）噪聲特性（xìng）。與圖8 不同的（de）是，圖9中屏蔽罩（zhào）是一個金屬盒，它包裹了整個電路板，且（qiě）隻有輸入引線裸（luǒ）露（lù）在外麵。 雖（suī）然有了這個屏蔽罩，但一些輻射噪聲仍然可（kě）以繞過EMI濾波器並（bìng）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（qù）的是，圖4，圖8和圖9中（相（xiàng）同的布局布（bù）線（xiàn））高頻帶的噪聲特性幾乎相同。 這是因為（wéi）在增（zēng）加EMI濾波器後，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（de）噪（zào）聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽金屬盒）

綜合來說，增加EMI濾波（bō）器或者（zhě）屏蔽罩都能（néng）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（píng）蔽罩的擺放位置需要仔細斟酌。