电磁干扰的标准、成因和缓解技术
品慧电子讯工业、汽车与个人计算应用中的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能，因此在封装各种不同电路时皆采取近封装距离。有鉴于前述限制，降低电磁干扰(EMI)影响也逐渐成为重要的系统设计考虑。
图1所示的车用摄影机模块就是这类多功能系统其中一个范例，该模块内的两百万像素成像组件、4Gbps的串联器及四通道电源管理IC(PMIC)皆以近距离封装在一起。如此会使复杂度和密度随之提升并带来副作用，也就是使成像组件与信号处理组件紧邻PMIC，而PMIC带有高电流与电压。除非在设计期间能够小心留意，否则前述的配置方式势必会导致一系列电路对敏感组件的功能造成EMI。
图1：车用摄影机模块。
EMI可能会以两种方式显现。例如连接相同电源供应器的无线电和电机钻就是一例，如图2所示。在本例中，敏感无线电系统的运作会透过传导方式受到电机影响，因为这两者共享相同的电源插座。电机也会透过电磁辐射对无线电的功能造成影响，因为前述电磁辐射会透过空气耦合，并受到无线电天线接收。
终端设备制造商整合不同来源的组件时，唯一能确保干扰电路和敏感电路可和平共存并正确运作的方法，就是建立一套共享规则，针对干扰电路设定干扰程度的限制，且敏感电路必须能够处理该程度的干扰。
图2：透过传导和电磁方式造成的EMI。
共享EMI标准
用于限制干扰的规定采用业界标准规格建立，例如适用汽车产业的国际无线电干扰特别委员会(CISPR) 25，以及适用多媒体设备的CISPR 32。CISPR标准是EMI设计的重要关键，因其可决定任何EMI降低技术的目标性能。CISPR标准可根据干扰模式分类为传导式限制和辐射式限制，如图3所示。图3图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制，这是使用标准EMI测量设备进行测量时，受测设备所能容许的上限。
图3：传导式和辐射式EMI的一般标准。
EMI的成因
若要建立兼容于EMI标准的系统，需要清楚了解EMI的主要成因。现代电子系统中，最常见的电路之一就是硬式切换电源供应器(SMPS)，可在多数应用中透过线性稳压器大幅提升效率。但这样的效率必须付出代价，因在SMPS中切换功率场效应晶体管，会使其成为主要EMI来源。
如图4所示，在SMPS中进行切换的本质，会导致产生非连续输入电流、在切换节点的高边缘速率，以及电源回路中因寄生电感而在切换边缘产生的其他振铃。非连续电流会影响< 30MHz频段的EMI，而在切换节点的高边缘速率以及振铃则会影响30~100MHz频段的EMI，以及> 100MHz频段的EMI。
图4：SMPS运作期间的主要EMI来源。
降低EMI的传统和进阶技术
在传统设计中，主要使用两种方法降低切换转换器产生的EMI，而两种方法都会造成相关的损失。为了处理低频率(< 30MHz)排放并符合适用标准，会在切换转换器的输入处放置大型被动滤波器，造成解决方案更为昂贵、功率密度更低。
而一般降低高频率排放的方式，则是透过有效的栅极驱动器设计来降低切换边缘速率。虽然这么做有助降低> 30MHz频段的EMI，但是降低的边缘速率会导致切换损失增加，进而使解决方案的效率降低。换句话说，为了实现低EMI的解决方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
为了免除取舍的需要并且一并获得高功率密度、高效率，以及低EMI的优势，TI在设计LM25149-Q1、LM5156-Q1和LM62440-Q1等切换转换器和控制器时，加入了多种技术，如图5所示。前述技术包含展频、主动EMI滤波、抵销线圈、封装创新、整合式输入旁路电容及真实电压转换率控制方法等，且这些技术都经过设计，针对所需的特定频段量身打造。
图5：TI的功率转换器和控制器为了大幅降低EMI而采用的技术。
结论
设计低EMI可显著缩短开发周期时间，并可减少机板面积和解决方案成本。TI提供多种可降低EMI的功能与技术。以TI经过EMI优化的电源管理产品来运用不同技术组合，可确保使用TI组件的设计通过业界标准而无需过多重做。
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