收藏這篇，輕松拿捏電磁干擾EMI~

SMT技術(shù)分享 · 發(fā)表于 5 天前

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一、什么是EMI？
EMI是Electromagnetic Interference的簡稱，即電磁干擾。指任何可能引起電子設(shè)備性能降低或產(chǎn)生負(fù)面影響的電磁現(xiàn)象，通常分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)EMI是通過電纜布線、PCB布線、寄生元件或電源和接地層生成的一種傳導(dǎo)耦合。輻射EMI是無線電因?qū)щ姴馁|(zhì)元件而發(fā)出的不必要信號(hào)的耦合。每個(gè)導(dǎo)體都具有能夠傳輸和接收信號(hào)的天線的特性。
1.1 寄生元件：
大多數(shù)開關(guān)電源（ SMPS）和噪聲問題都與設(shè)計(jì)中的寄生元件有關(guān)。寄生元件不可避免。它們可以有多種形式的電阻、電感或電容。例如，一個(gè)電容器具有標(biāo)稱電容，但也帶有不需要的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和等效串聯(lián)電感 (ESL) 的電子元件。在降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（降壓轉(zhuǎn)換器）中，隨著高側(cè)和低側(cè) MOSFET 在開關(guān)中交替，轉(zhuǎn)換器輸入源的噪聲和高 di/dt 環(huán)路中的寄生電感會(huì)出現(xiàn)在開關(guān)節(jié)點(diǎn)上。隨后，開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的噪聲通過與電感器、封裝和 PCB 布局關(guān)聯(lián)的寄生電感，耦合并分布到輸出電壓。

帶有寄生元器件的BUCK電路
1.2 高頻噪聲和低頻紋波：
耦合到輸出電壓的噪聲元素為高頻噪聲和低頻紋波。低頻紋波是電感器紋波電流和輸出電容阻抗的副產(chǎn)物。高頻噪聲由高di/dt電流及其路徑中的任何電感（輸入電容器和電源開關(guān)）生成。

二、電源模塊的有效結(jié)構(gòu)
2.1 噪聲降低：
大部分電源模塊都集成了高頻輸入電容器和屏蔽式電感器。必須注意的是，集成式輸入電容器大大減少了高 di/dt 環(huán)路的面積。較小的環(huán)路面積可降低開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的振鈴，進(jìn)而降低輸出噪聲。此外，由于開關(guān)節(jié)點(diǎn)位于封裝內(nèi)部并已進(jìn)一步減小，針對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的潛在寄生電容將受到限制。電源模塊雖已減小，但其中仍存在一些寄生元件。

三、通過展頻減少EMI影響
展頻技術(shù)也叫抖頻技術(shù)通常用于開關(guān)模式電源系統(tǒng)，以減少開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI的影響。
3.1 展頻概念：
展頻通過將窄帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為寬帶信號(hào)，以將能量分散在多個(gè)頻率上，從而降低 EMI 的影響。在開關(guān)穩(wěn)壓器中，振蕩器設(shè)置的開關(guān)頻率在操作下可降低峰值能量，并分布到其他頻率及其諧波。下圖說明了隨時(shí)間操作時(shí)鐘頻率如何分散開關(guān)電源生成的能量。

在優(yōu)化展頻時(shí)，最重要的因素是調(diào)制指數(shù)。調(diào)制指數(shù)越大，頻譜就越分散；不過，當(dāng)在開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用中分散時(shí)，存在一些限制。調(diào)制指數(shù)是能量分散和產(chǎn)生的基波/諧波的因素。轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率是電壓紋波的基波頻率。因此，當(dāng)開關(guān)頻率偏離基波頻率時(shí)，會(huì)增加輸出紋波、在電感器電流紋波中產(chǎn)生較大變化，并開始將能量分散到不需要它的頻帶。
3.2 其他EMI降低的方法：
除展頻技術(shù)之外，還提出了很多可降低 EMI 的解決方案。一些技術(shù)可通過實(shí)施更多輸入濾波器設(shè)計(jì)和PCB布局改進(jìn)，來幫助降低開關(guān)電源中的EMI發(fā)射。如有源EMI濾波、消除繞組、集成式輸入旁路電容器……這里不再講述了