yd9310c結(jié)合德州儀器新品、盤點(diǎn)降低電源芯片emi的種種技術(shù)

“鑒于 emi 可能在后期阻礙設(shè)計(jì)進(jìn)度，浪費(fèi)大量時(shí)間和資金，因此必須在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)考慮emi 問(wèn)題�！钡轮輧x器(ti)<通過(guò)節(jié)省時(shí)間和成本的技術(shù)降低電源中的emi>開(kāi)篇中寫道。

“是在汽車和工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)中，如何滿足emi的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，降低傳導(dǎo)和輻射是關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題之一。電子設(shè)備的增長(zhǎng)以及dc/dc開(kāi)關(guān)速度的提高，對(duì)電源設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。”ti升壓與多通道dc/dc產(chǎn)品線副總裁兼總經(jīng)理 cecelia smith女士表示。

emi 是一種電磁能量（開(kāi)關(guān)電流和電壓的副產(chǎn)物），它來(lái)自多種物理現(xiàn)象，可在嚴(yán)格的 emi 測(cè)試中表現(xiàn)出來(lái)。

過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間，為了達(dá)到的穩(wěn)定性，不得不考慮線性電源（ldo）。開(kāi)關(guān)電源盡管有更高的效率，更高的輸出電壓，但是其mosfet的開(kāi)關(guān)特性導(dǎo)致會(huì)產(chǎn)生干擾與噪音，以###于只好在品質(zhì)和效率之間進(jìn)行折中。

“為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)模式電源的所有優(yōu)勢(shì)，emi降低技術(shù)對(duì)于平衡傳統(tǒng)的權(quán)衡要素而言###關(guān)重要。這需要采用適用于低頻和高頻emi的解決方案以及###的建模技術(shù)�！�

降低emi的常規(guī)方法降低 emi 是一項(xiàng)需要進(jìn)行各種權(quán)衡的棘手工作。包括使用大型且昂貴的濾波器或降低開(kāi)關(guān)壓擺率，該技術(shù)會(huì)直接影響效率并增加開(kāi)發(fā)周期，電路板尺寸以及成本。

開(kāi)關(guān)電源emi可以有非常多的方式，作為電源行業(yè)先行者之一，ti寬輸入電壓及降壓開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品線經(jīng)理 ganesh srinivasan和smith結(jié)合ti的產(chǎn)品，總結(jié)了多種emi技術(shù)的方式方法。值得注意的是，此次發(fā)布的產(chǎn)品均為工業(yè)和汽車類應(yīng)用，屬于高標(biāo)準(zhǔn)的emi要求。

針對(duì)不同開(kāi)關(guān)頻率特性，ti都有相應(yīng)的組合解決方案。總體來(lái)說(shuō)，包括通過(guò)芯片中集成更多的組件或者采用優(yōu)化的封裝等技術(shù)來(lái)開(kāi)關(guān)電源有的emi表現(xiàn)。

“我們的策略有兩方面，一是減少無(wú)源濾波器，它通常是降低emi###關(guān)鍵的器件，ti通過(guò)降低它的尺寸和成本，幫助縮小emi電源設(shè)計(jì)的尺寸。第二，則是減少設(shè)計(jì)的時(shí)間和復(fù)雜性，包括集成旁路電容，集成有源的濾波器。”smith說(shuō)道。

集成有源濾波器和雙隨機(jī)擴(kuò)頻技術(shù)

lm25149-q1是ti推出的業(yè)界###集成有源濾波器的dc/dc降壓控制器�！坝性礊V波器能夠檢測(cè)輸入端的噪聲和紋波電壓，在直流輸入母線上注入與其相位相反的電流，從而消除電流或電壓干擾，以降低emi噪聲和紋波電壓�！眘rinivasan介紹道。而無(wú)源濾波器則使用電感器和電容器在emi電流路徑中產(chǎn)生阻抗失配，以此減少電源電路的傳導(dǎo)發(fā)射。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器的感應(yīng)、注入和補(bǔ)償阻抗使用相對(duì)較低的電容值和較小的元件尺寸來(lái)設(shè)計(jì)增益項(xiàng)。

雙隨機(jī)展頻（dsrr）技術(shù)則是有源濾波器的有效補(bǔ)充。展頻技術(shù)利用能量守恒原理，通過(guò)將能量分散在多個(gè)頻率上來(lái)減小emi 峰值。但是emi 不限于單個(gè)頻帶，而是存在于多個(gè)頻帶中，這就帶來(lái)一個(gè)困境，因?yàn)閿U(kuò)頻通常只針對(duì)單個(gè)頻帶進(jìn)行。一種稱為雙隨機(jī)展頻 (drss) 的數(shù)字?jǐn)U頻技術(shù)為這個(gè)問(wèn)題帶來(lái)了新的解決方案。drss 的基本原理是疊加兩條調(diào)制曲線，每條曲線針對(duì)不同的rbw。該技術(shù)主要針對(duì)車用市場(chǎng)，cispr 25 汽車標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)關(guān)鍵頻帶就是150khz###30mhz頻帶以及30mhz###108mhz頻帶。

由于無(wú)源濾波器往往體積龐大，可占電源方案總體積的30%。因此，集成有源濾波器之后，srinivasan表示，通過(guò)結(jié)合這兩項(xiàng)技術(shù)，“可以在多個(gè)頻帶傳導(dǎo)emi降低55dbµv。在emi性能的同時(shí)###高可以降低50%的占板面積和75%的體積。”

無(wú)源(a)和有源(b)濾波器設(shè)計(jì)的pcb布局尺寸比較

集成旁路電容和封裝技術(shù)

lmq61460是3v ### 36v、6a、低噪聲同步降壓轉(zhuǎn)換器。“該產(chǎn)品集成了輸入旁路電容，可以大幅度降低封裝里基線的電感及輸入紋波，降低環(huán)路寄生效應(yīng)，從而能夠提供更為的emi表現(xiàn)�！眘rinivasan介紹道。

圖中紅圈為集成的輸入旁路電容

此外，hotrod封裝技術(shù)也是ti一種應(yīng)對(duì)高頻emi的-。具有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的引腳排列，有助于實(shí)現(xiàn)更少的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。從鍵合線封裝改用基于引線框的倒裝芯片 (hotrod) 封裝，有助于降低電源環(huán)路電感，進(jìn)而降低開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴。

采用 hotrod 封裝器件的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是，這些器件易于實(shí)現(xiàn)并行輸入路徑引腳排列（直流/直流轉(zhuǎn)換器輸入電容器的布局布置）。通過(guò)優(yōu)化直流/直流轉(zhuǎn)換器的引腳排列使輸入電容器的布局對(duì)稱，輸入電源環(huán)路產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)就會(huì)處于對(duì)稱環(huán)路中，從而程度地降低對(duì)附近系統(tǒng)的發(fā)射。

enhanced hotrod qfn 封裝器件中的引腳排列和 pcb 布局布線

更靈活的開(kāi)關(guān)頻率

tps25850-q1是一款雙端口、3a dc/dc充電端口控制器，提供 400khz 和 2.2mhz 參考設(shè)計(jì)。以前汽車電源解決方案的開(kāi)關(guān)頻率一直處于am以下頻帶（約 400khz）。通過(guò)選擇較高的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小電感器尺寸，意味著必須避開(kāi)整個(gè)am頻帶（525khz ### 1,705khz），從而在更嚴(yán)格的汽車 emi 頻帶上不會(huì)產(chǎn)生基本的開(kāi)關(guān)雜散。

“開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行在2.2mhz，可以地減少輸出的濾波電感，從而能給帶來(lái)更為緊湊的電源解決方案�！眘mith說(shuō)道。

集成變壓器

ucc12050是500mw的隔離電源方案，他通過(guò)優(yōu)化并集成變壓器的初級(jí)次級(jí)側(cè)的電容，實(shí)現(xiàn)了的emi，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了更高的功率密度。值得一提的是，其也采用了擴(kuò)頻技術(shù)。擴(kuò)頻技術(shù)適用于非隔離式和隔離式拓?fù)洌�因�(yàn)閮烧叩?emi 源相似，擴(kuò)頻可提供相同的優(yōu)勢(shì)。

多重技術(shù)疊加

emi是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，因此我們可以看到ti的很多器件都是結(jié)合了不同的技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)的emi表現(xiàn)。而且ti的隔離技術(shù)可以應(yīng)用于所有的電源產(chǎn)品，包括降壓/升壓和反相穩(wěn)壓器、隔離式偏置電源、多通道 ic (pmic)、降壓穩(wěn)壓器和升壓穩(wěn)壓器。

以發(fā)布的lm5157-q1非同步升壓轉(zhuǎn)換器為例，該產(chǎn)品集成了雙隨機(jī)展頻、2.2mhz開(kāi)關(guān)頻率、正負(fù)30%的頻率同步范圍等多種降低emi的技術(shù)。

###的建模技術(shù)

對(duì)任何電路進(jìn)行建模是早期評(píng)估設(shè)計(jì)性能的重要方法，因此在縮短設(shè)計(jì)周期中起著###關(guān)重要的作用。emi 建模是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及pcb的時(shí)域電路分析和頻域電磁仿真。對(duì) emi 發(fā)射進(jìn)行建模可以減少設(shè)計(jì)迭代次數(shù)，從而能夠更輕松、更快速地滿足 emi 標(biāo)準(zhǔn)要求。

smith表示：“針對(duì)評(píng)估及其他相關(guān)支持與服務(wù)，ti提供了完整的體系，包括通過(guò)ti.com提供webench在線模擬仿真及設(shè)計(jì)系統(tǒng)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)表、規(guī)格書以及評(píng)估板的使用手冊(cè)上，都會(huì)詳細(xì)列出產(chǎn)品的emi實(shí)際測(cè)試結(jié)果，以及針對(duì)cispr 25和cispr 32的規(guī)范。同時(shí)也可以通過(guò)e2e線上論壇向ti進(jìn)行相關(guān)提問(wèn)�！�

此外，smith補(bǔ)充道，ti也為客戶提供了emi測(cè)試的場(chǎng)地實(shí)驗(yàn)室，客戶可以把他所需要測(cè)試的產(chǎn)品帶過(guò)來(lái)，在我們內(nèi)部的測(cè)試場(chǎng)地進(jìn)行cispr 25或cispr 32等emi測(cè)試。

webench設(shè)計(jì)工具中的輸入 emi 建議和阻抗分析

總結(jié)

srinivasan表示：“ti想給###好的產(chǎn)品體驗(yàn)，我們的目標(biāo)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)率、低emi、低靜態(tài)電流以及好的熱表現(xiàn)，用戶無(wú)需再對(duì)此進(jìn)行任何權(quán)衡�！�

smith也強(qiáng)調(diào)，隨著電動(dòng)汽車時(shí)代的到來(lái)，以及更多車身系統(tǒng)、adas系統(tǒng)所帶來(lái)的元器件數(shù)量急劇增加，很多emc標(biāo)準(zhǔn)要變得更高。一方面需要更緊湊的電源，另外則需要更小的emi。工業(yè)市場(chǎng)同樣如此，因此，ti需要通過(guò)各種技術(shù)的組合，以不斷滿足市場(chǎng)要求。