開關(guān)電源的布局對(duì)于電源電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它決定著所有電源的成敗，以及電磁干擾(EMI)和功能的表現(xiàn)。很多新手朋友們?cè)谧畛醯脑O(shè)計(jì)階段，可能常常會(huì)忽視這一問(wèn)題，然而，功能和EMI要求都必要要滿足，所以對(duì)電源功能穩(wěn)定性有益的安排也常常有利于降低EMI輻射，本文就將針對(duì)汽車電子這一領(lǐng)域解析EMI輻射的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
當(dāng)為了實(shí)現(xiàn)均流和更大的輸出功率而并聯(lián)多個(gè) DC/DC 開關(guān)模式穩(wěn)壓器時(shí)，潛在的干擾和噪聲問(wèn)題可能惡化。如果所有穩(wěn)壓器都以相似的頻率工作 (開關(guān))，那么電路中多個(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的總能量就會(huì)集中在一個(gè)頻率上。這種能量的存在可能成為一個(gè)令人擔(dān)憂的問(wèn)題，尤其是如果該 PC 板以及其他系統(tǒng)板上其余的IC相互靠得很近，易于受到這種輻射能量影響時(shí)。在汽車系統(tǒng)中，這一問(wèn)題可能尤其麻煩，因?yàn)槠囅到y(tǒng)是密集排列的，而且常?？拷纛l、RF、CAN 總線和各種雷達(dá)系統(tǒng)。
應(yīng)對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲輻射問(wèn)題
在汽車環(huán)境中，常常在重視散熱和效率的區(qū)域采用開關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)取代線性穩(wěn)壓器。此外，開關(guān)穩(wěn)壓器一般是輸入電源總線上的第一個(gè)有源組件，因此對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)換器電路的 EMI 性能有顯著影響。
EMI 輻射有兩種類型：傳導(dǎo)型和輻射型。傳導(dǎo)型 EMI 取決于連接到一個(gè)產(chǎn)品的導(dǎo)線和電路走線。既然噪聲局限于方案設(shè)計(jì)中特定的終端或連接器，那么通過(guò)前述的良好布局或?yàn)V波器設(shè)計(jì)，常常在開發(fā)過(guò)程的早期，就可以保證符合傳導(dǎo)型 EMI 要求。
然而，輻射型 EMI 卻另當(dāng)別論了。電路板上攜帶電流的所有組成部分都輻射一個(gè)電磁場(chǎng)。電路板上的每一條走線都是一個(gè)天線，每一個(gè)銅平面都是一個(gè)諧振器。除了純正弦波或 DC 電壓，任何信號(hào)都產(chǎn)生覆蓋整個(gè)信號(hào)頻譜的噪聲。即使經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)接受測(cè)試之前，設(shè)計(jì)師也永遠(yuǎn)不會(huì)真正知道輻射型 EMI 將有多么嚴(yán)重。而且在設(shè)計(jì)基本完成以前，不可能正式進(jìn)行輻射 EMI 測(cè)試。
濾波器可以在某個(gè)頻率上或整個(gè)頻率范圍內(nèi)衰減強(qiáng)度以降低 EMI。部分能量通過(guò)空間 (輻射) 傳播，因此可增設(shè)金屬屏蔽和磁屏蔽來(lái)衰減。而在 PCB 走線上 (傳導(dǎo)) 的那部分則可通過(guò)增設(shè)鐵氧體磁珠和其他濾波器來(lái)加以控制。EMI 不可能徹底消除，但是可以衰減到其他通信及數(shù)字組件可接受的水平。
采用表面貼裝技術(shù)的新式輸入濾波器組件的性能好于通孔組件。不過(guò)，這種改進(jìn)被開關(guān)穩(wěn)壓器開關(guān)工作頻率的提高抵消了。更快速的開關(guān)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了更高的效率、很短的最短接通和斷開時(shí)間，因此產(chǎn)生了更高的諧波分量。在開關(guān)容量和轉(zhuǎn)換時(shí)間等所有其他參數(shù)保持不變的情況下，開關(guān)頻率每增大一倍，EMI 就惡化 6dB。寬帶 EMI 的表現(xiàn)就像一個(gè)一階高通濾波器一樣，如果開關(guān)頻率提高 10 倍，就會(huì)增加 20dB 輻射。
有經(jīng)驗(yàn)的 PCB 設(shè)計(jì)師會(huì)將熱點(diǎn)環(huán)路設(shè)計(jì)得很小，并讓屏蔽地層盡可能靠近有源層。然而，器件引出腳配置、封裝構(gòu)造、熱設(shè)計(jì)要求以及在去耦組件中存儲(chǔ)充足的能量所需的封裝尺寸決定了熱點(diǎn)環(huán)路的最小尺寸。使問(wèn)題更加復(fù)雜的是，在典型的平面印刷電路板中，走線之間高于 30MHz 的磁或變壓器型耦合將抵消所有濾波器的努力，因?yàn)橹C波頻率越高，不想要的磁耦合就變得越加有效。
