“鑒于 EMI 可能在后期嚴重阻礙設計進度，浪費大量時間和資金，因此必須在設計之初就應考慮EMI 問題。”德州儀器（TI）白皮書《通過節省時間和成本的創新技術降低電源中的EMI》開篇中寫道。

“特別是在汽車和工業應用設計的電源系統中，如何更好滿足EMI的行業標準，降低傳導和輻射是工程師關心的關鍵問題之一。電子設備的增長以及DC/DC開關速度的提高，對電源設計工程師提出了新的挑戰。”TI升壓與多通道DC/DC產品線副總裁兼總經理 Cecelia Smith女士表示。

EMI 是一種電磁能量（開關電流和電壓的不良副產物），它來自多種物理現象，可在嚴格的 EMI 測試中表現出來。

過去很長時間，為了達到更好的穩定性，工程師不得不考慮線性電源（LDO）。開關電源盡管有更高的效率，更高的輸出電壓，但是其MOSFET的開關特性導致會產生干擾與噪音，以至于工程師只好在品質和效率之間進行折中。

“為了實現開關模式電源的所有優勢，EMI降低技術對于平衡傳統的權衡要素而言至關重要。這需要采用適用于低頻和高頻EMI的創新解決方案以及精確的建模技術。”

降低EMI的常規方法降低 EMI 是一項需要進行各種權衡的棘手工作。包括使用大型且昂貴的濾波器或降低開關壓擺率，該技術會直接影響效率并顯著增加開發周期，電路板尺寸以及成本。

緩解開關電源EMI可以有非常多的方式，作為電源行業創新先行者之一，TI寬輸入電壓及降壓開關電源產品線經理 Ganesh Srinivasan和Smith結合TI的產品，總結了多種緩解EMI技術的方式方法。值得注意的是，此次發布的產品均為工業和汽車類應用，屬于高標準的EMI要求。

針對不同開關頻率特性，TI都有相應的組合解決方案。總體來說，包括通過芯片中集成更多的組件或者采用優化的封裝等技術來確保開關電源有更好的EMI表現。

“我們的策略有兩方面，一是減少無源濾波器，它通常是降低EMI最關鍵的器件，TI通過降低它的尺寸和成本，幫助工程師縮小EMI電源設計的尺寸。第二，則是減少設計的時間和復雜性，包括集成旁路電容，集成有源的濾波器。”Smith說道。

集成有源濾波器和雙隨機擴頻技術

LM25149-Q1是TI推出的業界首款集成有源濾波器的DC/DC降壓控制器。“有源濾波器能夠檢測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。”Srinivasan介紹道。而無源濾波器則使用電感器和電容器在EMI電流路徑中產生阻抗失配，以此減少電源電路的傳導發射。與無源濾波器相比，有源濾波器的感應、注入和補償阻抗使用相對較低的電容值和較小的元件尺寸來設計增益項。

雙隨機展頻（DSRR）技術則是有源濾波器的有效補充。展頻技術利用能量守恒原理，通過將能量分散在多個頻率上來減小EMI 峰值。但是EMI 不限于單個頻帶，而是存在于多個頻帶中，這就帶來一個困境，因為擴頻通常只針對單個頻帶進行改善。一種稱為雙隨機展頻 （DRSS） 的數字擴頻技術為這個問題帶來了新的解決方案。DRSS 的基本原理是疊加兩條調制曲線，每條曲線針對不同的RBW。該技術主要針對車用市場，CISPR 25 汽車標準的兩個關鍵頻帶就是150kHz至30MHz頻帶以及30MHz至108MHz頻帶。

由于無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，通過結合這兩項技術，“可以在多個頻帶上將傳導EMI降低高達55dBμV。在保證EMI性能的同時最高可以降低高達50%的占板面積和75%的體積。”

無源（a）和有源（b）濾波器設計的PCB布局尺寸比較

集成旁路電容和創新封裝技術

LMQ61460是3V 至 36V、6A、低噪聲同步降壓轉換器。“該產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，降低環路寄生效應，從而能夠提供更為良好的EMI表現。”Srinivasan介紹道。

圖中紅圈為集成的輸入旁路電容

此外，HotRod封裝技術也是TI一種應對高頻EMI的專利。具有經過優化的引腳排列，有助于實現更少的開關節點振鈴。從鍵合線封裝改用基于引線框的倒裝芯片 （HotRod） 封裝，有助于降低電源環路電感，進而降低開關節點振鈴。

采用 HotRod 封裝器件的另一項優勢是，這些器件易于實現并行輸入路徑引腳排列（直流/直流轉換器輸入電容器的布局布置）。通過優化直流/直流轉換器的引腳排列使輸入電容器的布局對稱，輸入電源環路產生的反向磁場就會處于對稱環路中，從而更大程度地降低對附近系統的發射。

Enhanced HotRod QFN 封裝器件中的引腳排列和 PCB 布局布線

更靈活的開關頻率

TPS25850-Q1是一款雙端口、3A DC/DC充電端口控制器，提供 400kHz 和 2.2MHz 參考設計。以前汽車電源解決方案的推薦開關頻率一直處于AM以下頻帶（約 400kHz）。通過選擇較高的開關頻率來顯著減小電感器尺寸，意味著必須避開整個AM頻帶（525kHz 至 1，705kHz），從而在更嚴格的汽車 EMI 頻帶上不會產生基本的開關雜散。

“開關頻率運行在2.2MHz，可以大大地減少輸出的濾波電感，從而能給工程師帶來更為緊湊的電源解決方案。”Smith說道。

集成變壓器

UCC12050是500mW的隔離電源方案，他通過優化并集成變壓器的初級次級側的電容，實現了更低的EMI，同時也實現了更高的功率密度。值得一提的是，其也采用了擴頻技術。擴頻技術適用于非隔離式和隔離式拓撲，因為兩者的 EMI 源相似，擴頻可提供相同的優勢。

多重技術疊加

EMI是一個系統問題，因此我們可以看到TI的很多器件都是結合了不同的技術，以實現更好的EMI表現。而且TI的隔離技術可以應用于所有的電源產品，包括降壓/升壓和反相穩壓器、隔離式偏置電源、多通道 IC （PMIC）、降壓穩壓器和升壓穩壓器。

以剛剛發布的LM5157-Q1非同步升壓轉換器為例，該產品集成了雙隨機展頻、2.2MHz開關頻率、正負30%的頻率同步范圍等多種降低EMI的技術。

精確的建模技術

對任何電路進行建模是早期評估設計性能的重要方法，因此在縮短設計周期中起著至關重要的作用。EMI 建模是一個復雜的過程，涉及PCB的時域電路分析和頻域電磁仿真。對 EMI 發射進行建模可以減少設計迭代次數，從而能夠更輕松、更快速地滿足 EMI 標準限制要求。

Smith表示：“針對評估及其他相關支持與服務，TI提供了完整的體系，包括通過TI.com提供Webench在線模擬仿真及設計系統系統，數據表、規格書以及評估板的使用手冊上，都會詳細列出產品的EMI實際測試結果，以及針對CISPR 25和CISPR 32的規范。同時工程師也可以通過E2E線上論壇向TI專家進行相關提問。”

此外，Smith補充道，TI也為客戶提供了EMI測試的場地實驗室，客戶可以把他所需要測試的產品帶過來，在我們內部的測試場地進行CISPR 25或CISPR 32等EMI測試。

WEBENCH設計工具中的輸入 EMI 建議和阻抗分析

總結

Srinivasan表示：“TI想給工程師最好的產品體驗，我們的目標是同時實現高效率、低EMI、低靜態電流以及好的熱表現，用戶無需再對此進行任何權衡。”

Smith也特別強調，隨著電動汽車時代的到來，以及更多車身娛樂系統、ADAS系統所帶來的元器件數量急劇增加，很多EMC標準要變得更高。一方面需要更緊湊的電源，另外則需要更小的EMI。工業市場同樣如此，因此，TI需要通過各種技術的組合，以不斷滿足市場要求。

編輯：hfy