如何有效降低傳導輻（fú）射幹擾？

一直以來，設計中（zhōng）的電磁幹（gàn）擾（EMI）問（wèn）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幹擾，設計人員通常會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，有時無（wú）論布局和（hé）原理圖的設計多麽謹慎，仍然無法將傳導（dǎo）EMI降低（dī）到所需的水平。這是因為噪聲不僅取決於電路（lù）寄生（shēng）參數，還與（yǔ）電流強（qiáng）度有關。另外，開關打開和（hé）關閉的動作會產生不連續的電（diàn）流，這些不（bú）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（yǒu）必要采用一些其他方（fāng）法來提高（gāo）傳導EMI的性能。本文主要討論的是引（yǐn）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

圖1是一個簡（jiǎn）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（lǜ）波器主要用於濾除（chú）小於30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波器（qì）主要用於（yú）濾除30MHz至100MHz的噪聲（CM噪聲）。 但其實這兩個（gè）濾波器對於整個頻段的EMI噪聲都有一定的抑製作用。

圖2顯示了一個不（bú）帶濾波器的輸入引線噪聲（shēng），包括正向噪聲和負向噪聲，並標注了這些噪（zào）聲的峰值（zhí）水平和平均水平。 其中，該被測係（xì）統主要采用（yòng）芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出（chū）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（dōu）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）。有關該係（xì）統的更多信息，請查閱應（yīng）用筆記SNVA810。

圖2 C5標準下（xià）的噪聲特性（無濾波器）

圖（tú）3顯示了增（zēng）加一個DM濾波器後的EMI結果。 從圖中（zhōng）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（shēng）（30MHz至100MHz）也有所降低，但仍超過限製水平。這主要是因為（wéi）DM濾波器對於高頻（pín）段CM噪聲的濾除能力有限。

圖（tú）3 C5標準下的噪聲特性（帶DM濾波器（qì））

圖4顯示了增加CM和DM濾波器後的噪聲特性。 與圖3相比，CM濾（lǜ）波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪聲。 並且EMI性能也（yě）通過了CISPR25 C5標準。

圖4 C5標準下的噪聲特性（帶（dài）CM和DM濾波器）

圖5顯示了不同布局下帶CM和DM濾波器（qì）的噪聲特性（xìng），其中（zhōng）濾波器與圖4相同。但與圖4相比，整個頻段的噪聲增加（jiā）了大約10dBμV/ m，高頻噪（zào）聲（shēng）甚至還超出CISPR25 C5標（biāo）準的平均值。

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

圖4和圖5之（zhī）間噪聲結果的（de）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（zhōng）（圖6的右側），大麵積覆銅（GND）包（bāo）圍著DM濾波器，並和（hé）Vin走線（xiàn）形成了一些寄生電容。 這些寄生電（diàn）容為高頻信（xìn）號旁路濾波（bō）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。

圖（tú）6 不同的PCB布線

除了增加濾波器外，另一種優化EMI性能的有效方法（fǎ）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（shè）。 圖7推薦了一種屏蔽罩的擺放方（fāng）法。該（gāi）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（jiā）濾波器和屏蔽罩之後（hòu）的EMI結（jié）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耦合大量輻射噪聲，而屏蔽罩恰好隔絕了它們。在（zài）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7 帶（dài）屏蔽罩（zhào）的PCB 3D模型

圖8 C5標準下的噪（zào）聲（shēng）特性（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（tóng）的是，圖9中屏蔽罩是一個金屬盒，它包裹了整個電路板，且隻有輸入引線裸（luǒ）露在外麵。 雖然有（yǒu）了這個屏蔽罩，但一些輻射噪聲（shēng）仍然可以（yǐ）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（tè）性。有趣的（de）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（xiàng）同。 這是因為在（zài）增加EMI濾波器後，能耦合到輸入（rù）線上的（de）高頻段輻（fú）射噪聲幾乎已經不存在了。

圖9 C5標準下（xià）的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽金屬盒）

綜合來（lái）說，增加（jiā）EMI濾波器或者屏蔽罩都能有效（xiào）的改善EMI性能（néng）。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。