1引言

大家都知道，在各個領域中產品在研發(fā)設計中會遇到令人十分困擾的的EMC問題，尤其是在汽車電子領域。為了能將電磁干擾減到最小，研發(fā)硬件人員一般在設計原理圖和繪制布局時，會通過調整開關轉換速率以及降低高di / dt的環(huán)路面積來減小噪聲源。

當然，在布局和原理圖設計都非常謹慎的情況下卻依然沒有辦法將傳導EMI降低到最低水平。這是為什么呢？因為噪聲受電流強度的影響而且最主要還受電路寄生參數(shù)的影響。因此我們在開關打開和關閉的動作時會產生不連續(xù)的電流，而這些不連續(xù)電流會在輸入電容上產生電壓紋波，從而增加EMI。

所以為了能夠提高傳導發(fā)射我們需要采用一些其它方法。今天我們主要展示的是通過使用濾波器或是屏蔽罩來呈現(xiàn)的一些解決效果。

2問題描述

車廠的車燈產品，下圖是傳導測試數(shù)據(jù)圖，包括正向噪聲和負向噪聲，包含峰值和平均值測試曲線。其中，該被測系統(tǒng)主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1輸出5V/5A，并給后續(xù)芯片TPS65263QRHBRQ1供電，同時輸出1.5V/3A，3.3V/2A以及1.8V/2A。這兩個芯片都工作在2.2MHz的開關頻率下。另外，圖中顯示的傳導EMI標準是CISPR25 Class 5。

圖1CISPR25標準下的噪聲特性（無濾波器）

3整改方案

在電路電源輸入端增加EMI濾波電路，包括共模（CM）濾波器和差模（DM）濾波器。通常，DM濾波器主要用于濾除小于30MHz的噪聲（DM噪聲），CM濾波器主要用于濾除30MHz至100MHz的噪聲（CM噪聲）。但其實這兩個濾波器對于整個頻段的EMI噪聲都有一定的抑制作用。

圖2 EMI濾波電路示意簡圖

4具體整改方法分析

1、增加一個DM濾波電路；

分析：從圖中可以看出，DM濾波器衰減了中頻段DM噪聲（2MHz至30MHz）近35dBμV/ m。此外高頻段噪聲（30MHz至100MHz）也有所降低，但仍超過限制水平。這主要是因為DM濾波器對于高頻段CM噪聲的濾除能力有限。

圖3 CISPR25標準下的噪聲特性（帶DM濾波器）

2、增加CM和DM濾波器電路。

分析：與圖3相比，CM濾波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪聲。并且EMI性能也通過了CISPR25 C5標準。

圖4 CISPR25標準下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器）

3、優(yōu)化PCB布局布線

（1）分析：優(yōu)化前PCB大面積覆銅（GND）包圍著DM濾波器，并和Vin走線形成了一些寄生電容。這些寄生電容為高頻信號旁路濾波器提供了有效的低阻抗路徑。因此，為了最大限度地提高濾波器的性能，需要移除濾波器周圍所有的覆銅，如下圖左側的布線。

圖5 不同的PCB布線

（2）優(yōu)化PCB后整體下降10db左右，可以通過測試，下圖是具體測試圖。

圖6 CISPR25標準下的噪聲特性（帶CM和DM濾波器，不同布局）

2、增加屏蔽罩。

（1）分析：這是因為連接著GND的金屬屏蔽罩可以阻止噪聲向外輻射。圖7推薦了一種屏蔽罩的擺放方法。該屏蔽罩恰好覆蓋了板上所有的元器件。

圖7 帶屏蔽罩的PCB 3D模型

（2）顯示了增加濾波器和屏蔽罩之后的EMI結果。

如圖所示，整個頻段的噪聲幾乎都被屏蔽罩消除，EMI性能非常好。這主要是因為等效為天線的長輸入引線會耦合大量輻射噪聲，而屏蔽罩恰好隔絕了它們。在本設計中，中頻噪聲也會采用這種方式耦合到輸入引線上。

圖8 CISPR25標準下的噪聲特性（帶CM，DM濾波器以及屏蔽罩）

5總結

增加EMI濾波電路或者屏蔽罩都能有效的改善EMI的良好效果，只是我們在濾波器的應用場景和屏蔽罩的擺放位置還需要認真考量，良好的PCB設計能讓EMI整改事半功倍。