然而，因?yàn)楣δ芎虴MI要求都要必須滿足，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，那么晚做不如早做。還應(yīng)該提到的是，從一開 始就設(shè)計(jì)一個(gè)良好的布局不會(huì)增加任何費(fèi)用，實(shí)際上還可以節(jié)省費(fèi)用，因?yàn)闊o需EMI濾波器、機(jī)械屏蔽、花時(shí)間進(jìn)行EMI測(cè)試和修改PC板。
此 外，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)憂的問題，尤其是如果該P(yáng)C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，那么通過前述的良好布局或?yàn)V波器設(shè)計(jì)，常常在開發(fā)過程的早期，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 空間(輻射)傳播，因此可增設(shè)金屬屏蔽和磁屏蔽來衰減。而在PCB走線上(傳導(dǎo))的那部分則可通過增設(shè)鐵氧體磁珠和其他濾波器來加以控制。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。此外，幾 家監(jiān)管機(jī)構(gòu)強(qiáng)制執(zhí)行一些標(biāo)準(zhǔn)以確保符合EMI要求。

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，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。

應(yīng)對(duì)這些EMI問題的全新解決方案

可 靠和真正應(yīng)對(duì)EMI問題的解決方案是，將整個(gè)電路放在屏蔽盒中。當(dāng)然，這么做增加了成本、增大了所需電路板空間、使熱量管理和測(cè)試更加困難并 導(dǎo)致額外的組裝費(fèi)用。另一種經(jīng)常采用的方法是減緩開關(guān)邊沿。這么做會(huì)產(chǎn)生一種不想要的結(jié)果，這就是降低效率、增大最短接通和斷開時(shí)間、產(chǎn)生有關(guān)的死區(qū)時(shí) 間，有損于電流控制環(huán)路可能達(dá)到的速度。

凌力爾特不久前推出了LT8614SilentSwitcher穩(wěn)壓器，該器件無需使用屏蔽盒，卻能提供想要的屏蔽盒效果，因此消除了上述缺點(diǎn)。參見圖 1。LT8614還具有世界級(jí)的低IQ，工作電流僅為2.5μA。這是該器件在無負(fù)載穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)消耗的總電源電流。

該器件的超低壓差電壓僅受到內(nèi)部頂端開關(guān)的限制。與其他解決方案不同，LT8614的RDSON不受最大占空比和最短斷開時(shí)間限制。該器件在出現(xiàn)壓差時(shí)跳過開關(guān)斷開周期，僅執(zhí)行所需的最短斷開周期，以保持內(nèi)部頂端開關(guān)升壓級(jí)電壓持續(xù)提供，如圖6所示。[page]

同時(shí)，LT8614的最低輸入工作電壓典型值僅為2.9V(最高3.4V)，從而使該器件能在有壓差時(shí)提供3.3V軌。在大電流時(shí)LT8614比LT8610/11的效率更高，因?yàn)槠淇偟拈_關(guān)電阻較小。該器件還可以同步至200kHz至3MHz的外部頻率。

該 器件的AC開關(guān)損耗很低，因此它能夠以高開關(guān)頻率工作而效率損失最小。在對(duì)EMI敏感的應(yīng)用中(諸如在許多汽車環(huán)境中常見的那些應(yīng)用)可以實(shí) 現(xiàn)良好的平衡，而且LT8614能夠在低于AM頻帶(以實(shí)現(xiàn)甚至更低的EMI)或高于AM頻帶的頻率上工作。在工作開關(guān)頻率為700kHz的設(shè)置中，標(biāo)準(zhǔn) LT8614演示電路板不超過CISPR25-Calls5測(cè)量結(jié)果的噪聲層。

為了比較采用SilentSwitcher技術(shù)的LT8614和另一種目前最新的開關(guān)穩(wěn)壓器LT8610，對(duì)LT8614和LT8610進(jìn)行了測(cè)試。該測(cè)試是在GTEM單元中進(jìn)行的，對(duì)兩款器件的測(cè)量采用了標(biāo)準(zhǔn)演示電路板以及相同的負(fù)載、輸入電壓和相同的電感器。
可 以看到，與LT8610已經(jīng)非常好的EMI性能相比，采用LT8614SilentSwitcher技術(shù)的LT8614實(shí)現(xiàn)了多達(dá)20dB的改進(jìn)，尤其 是在更難以管理的高頻區(qū)。這使得可以實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單、更緊湊的設(shè)計(jì)，與其他敏感系統(tǒng)相比，在總體設(shè)計(jì)上，LT8614開關(guān)電源對(duì)濾波的要求更低。[page]
在 時(shí)間域，LT8614在開關(guān)節(jié)點(diǎn)邊沿上表現(xiàn)得非常好，如圖4所示。即使在每格4ns的情況下，LT8614SilentSwitcher穩(wěn)壓 器顯示出非常小的振鈴(參見圖3中的通道2)。LT8610的振鈴也很好地衰減了(圖3通道1)，但是可以看到這與LT8614(通道2)相 比，LT8610熱點(diǎn)環(huán)路存儲(chǔ)了較高能量。


圖 5顯示了13.2V輸入的開關(guān)節(jié)點(diǎn)?？梢钥吹?，LT8614與理想方波的偏離極小，如通道2所示。圖3、4和5中的所有時(shí)間域測(cè)量結(jié)果都是用 500MHzTektronixP6139A探頭測(cè)得的，封閉的探頭尖端屏蔽罩連接至PCBGND平面，測(cè)試均在標(biāo)準(zhǔn)演示電路板上進(jìn)行。[page]


除了面向汽車環(huán)境的42V絕對(duì)最大輸入電壓額定值，器件的壓差表現(xiàn)也非常重要。常常需要支持至關(guān)重要的3.3V邏輯電源以應(yīng)對(duì)冷車發(fā)動(dòng)情況。在這種情況 下，LT8614SilentSwitcher穩(wěn)壓器保持接近LT861x系列的理想表現(xiàn)。LT8610/11/14器件不是像其他器件那樣提供更高的欠 壓閉鎖電壓和最大占空比箝位，而是以低至3.4V的電壓工作，而且只要有必要，就跳過若干周期，如圖6所示。這樣就產(chǎn)生了理想的壓差表現(xiàn)，如圖7所示。

LT8614的最短接通時(shí)間為非常短的30ns，即使在高開關(guān)頻率時(shí)，這也允許大的降壓比。因此，該器件可以從高達(dá)42V的輸入，經(jīng)過單次降壓提供邏輯內(nèi)核電壓。

結(jié)論

眾 所周知，汽車環(huán)境的EMI問題在最初設(shè)計(jì)階段需要仔細(xì)注意，以確保一旦系統(tǒng)開發(fā)完成能通過EMI測(cè)試。直到不久前，尚沒有一種確定的方法保 證，通過恰當(dāng)?shù)剡x擇電源IC，就能夠輕松解決EMI問題?，F(xiàn)在，由于LT8614的推出，情況發(fā)生了變化。與目前最新的開關(guān)穩(wěn)壓器相 比，LT8614SilentSwitcher穩(wěn)壓器的EMI低20dB以上，同時(shí)LT8614還完美地提高了轉(zhuǎn)換效率。也就是說，在不犧牲同一電路板區(qū) 域的最短接通和斷開時(shí)間或效率的前提下，在高于30MHz的頻率范圍內(nèi)，EMI改善了10倍。無需特殊組件或屏蔽就可以實(shí)現(xiàn)這么大的改進(jìn)，這意味著在開關(guān) 穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破。這是一款突破性器件，使汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠?qū)⑵洚a(chǎn)品的噪聲性能推進(jìn)到一個(gè)全新水平。