每年，汽車制造商都為汽車配備越來越多的傳感器和功能，從而增加了汽車中的電子設(shè)備含量，并提高了其動(dòng)力需求。隨著功率水平的提高，可能依賴低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）的工程師現(xiàn)在可能需要使用降壓拓?fù)鋪頋M足目標(biāo)效率。

降壓器在更高的效率下可以提供比典型LDO更大的功率，但有一個(gè)缺點(diǎn)-它的開關(guān)特性會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），這對(duì)于汽車應(yīng)用而言可能是一個(gè)嚴(yán)重的問題。幸運(yùn)的是，工程師可以使用許多技巧和工具來降低EMI，包括優(yōu)化電路板布局，利用IC功能以及增加電路。

DC / DC轉(zhuǎn)換器會(huì)因輸入紋波，與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射而產(chǎn)生EMI。EMI會(huì)干擾AM / FM無線電接收器和其他敏感設(shè)備，例如主機(jī)或高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）傳感器。嚴(yán)重的EMI會(huì)在無線電和主機(jī)音頻中產(chǎn)生靜態(tài)噪聲或其他類型的噪聲，干擾ADAS傳感器，并降低其他系統(tǒng)的性能。

為了防止這種嚴(yán)重的退化，工程師需要設(shè)計(jì)符合官方標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，例如ComitéInternationalSpécialdes PerturbationsRadioélectriques（CISPR）25 Class5。由于不良的布局會(huì)導(dǎo)致任何設(shè)備無法通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)定的EMI限制，因此在電路板布局過程中遵循良好的布局優(yōu)化實(shí)踐。降壓轉(zhuǎn)換器的最重要做法是：

通過快速變化的電壓（高dv / dt）減小節(jié)點(diǎn)的表面積，并且通過快速變化的電流（高di / dt）減小電流環(huán)路的面積。

這兩個(gè)基本規(guī)則將決定工程師在何處放置某些組件，以最大程度地降低EMI。

不幸的是，即使是最優(yōu)化的PCB布局也無法防止所有與EMI相關(guān)的問題。此外，由于電路板的尺寸，形狀或時(shí)間的限制，通常無法盡可能地優(yōu)化EMI的布局。例如，非常緊湊的布局可能要求您將功率電感器放置在電路板的底部，或者將輸入電容器放置在距離IC稍遠(yuǎn)的地方，而這比將EMI最小化的最佳方式要小。

這些和其他布局限制會(huì)導(dǎo)致EMI，從而降低系統(tǒng)性能。即使有經(jīng)驗(yàn)和謹(jǐn)慎，董事會(huì)也可能需要進(jìn)一步優(yōu)化。這些額外的董事會(huì)修訂需要時(shí)間和金錢。那么，除了優(yōu)化布局以最小化應(yīng)用中的EMI之外，您還能做什么？

繞過電路板布局的限制

如果無法優(yōu)化布局以實(shí)現(xiàn)最佳EMI，則某些DC / DC轉(zhuǎn)換器會(huì)在設(shè)備級(jí)別提供許多封裝和功能改進(jìn)，以幫助最大程度地降低EMI并使其更容易滿足CISPR 25 5類限制。這些功能使電路板設(shè)計(jì)與布局無關(guān)。換句話說，它們可以幫助彌補(bǔ)布局缺陷。

例如，擴(kuò)展頻譜是一種擴(kuò)展諧波能量以減少峰值和平均EMI測(cè)量值的功能。它通過抖動(dòng)開關(guān)頻率（正負(fù)百分比）來擴(kuò)展頻譜密度來實(shí)現(xiàn)。例如，在±2％的范圍內(nèi)傳播，將在第25個(gè)及更高的諧波上看到諧波能量的完全混合或重疊，而不是固定的頻率，這將使諧波尖峰保持在基本頻率上。能量在較高的頻率中均勻分布，從而導(dǎo)致較低的測(cè)量值包絡(luò)，需要較少的濾波和較少的布局優(yōu)化，從而節(jié)省了時(shí)間和金錢。

擺率控制是另一個(gè)有助于改善EMI性能的功能。EMI的主要來源是開關(guān)環(huán)。開關(guān)環(huán)是由高端FET的快速導(dǎo)通引起的，它會(huì)快速?gòu)妮斎?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/電容/" target="_blank">電容器中拉出電流，從而由于輸入寄生環(huán)路電感和寄生電容的諧振而導(dǎo)致數(shù)百兆赫茲的環(huán)路低端FET的 降低上升時(shí)間會(huì)減慢此立即汲取的電流，從而減少振鈴并降低EMI。通過增加一個(gè)與啟動(dòng)電容器串聯(lián)的電阻（幾歐姆的數(shù)量級(jí)）可以減慢上升時(shí)間，并且某些設(shè)備具有專用的啟動(dòng)電阻器引腳。這里需要權(quán)衡：放慢FET的擺率可使EMI最小化，但也會(huì)增加開關(guān)損耗，從而降低效率。

還具有有助于抑制EMI的封裝級(jí)功能。TI的HotRod封裝就是一個(gè)例子，該封裝消除了內(nèi)部鍵合線，如圖1所示。不連續(xù)的電流會(huì)導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點(diǎn)上數(shù)百兆赫茲的振鈴，該振鈴會(huì)耦合并輻射，從而引起EMI。去除輸入電容器不連續(xù)電流的高di / dt環(huán)路路徑中的鍵合線可降低環(huán)路電感。從而減少了振鈴中的能量，從而降低了EMI。HotRod軟件包中提供了諸如LM61460-Q1和LM53635-Q1之類的設(shè)備。

圖1該剖視圖允許工程師比較標(biāo)準(zhǔn)的引線鍵合四方扁平無引線（QFN）封裝和TI的HotRod QFN。資料來源：德州儀器（Texas Instruments）

其他封裝級(jí)功能包括優(yōu)化的引腳排列。器件可以通過整理引腳位置來提高EMI性能，從而使關(guān)鍵路徑（例如輸入電容器）保持盡可能小。器件通常將VIN和GND（或PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為電容器的連接提供最佳位置。

更進(jìn)一步，這是對(duì)稱的引腳排列。將VIN / PGND對(duì)稱地放置在封裝的任一側(cè)，可使輸入環(huán)路磁場(chǎng)自成一體，從而進(jìn)一步降低了EMI。許多DC / DC降壓轉(zhuǎn)換器，例如LMR33630，LMR36015，LM61460和LMQ61460-Q1具有對(duì)稱的VIN / PGND引腳對(duì)（圖2b）。

集成輸入電容器

下一代經(jīng)過EMI優(yōu)化的封裝采用集成電容器進(jìn)一步減小了輸入寄生電感。LMQ61460-Q1的兩側(cè)包括兩個(gè)集成的輸入旁路電容器，每個(gè)VIN / PGND對(duì)均一個(gè)。這些電容器是橫跨在圖2a所示的右上和右下引腳對(duì)（VIN和PGND）上的深色矩形。圖2b顯示了該器件的引腳分配，以供參考。

最小化高頻EMI尤其重要，因?yàn)槠噾?yīng)用中常見的更高的輸入電壓和更高的輸出電流會(huì)加劇該領(lǐng)域的問題。

圖2 X射線圖像顯示了帶有集成電容器（a）的LMQ61460-Q1降壓型安靜轉(zhuǎn)換器，您可以將其與引腳參考（b）進(jìn)行比較。資料來源：德州儀器（Texas Instruments）

的確，EMI在汽車應(yīng)用中提出了挑戰(zhàn)，但設(shè)計(jì)工程師如果遇到電路板布局約束，也并非沒有選擇。從戰(zhàn)略性器件引腳排列到集成功能（例如低電感封裝，擺率控制，擴(kuò)展頻譜和集成電容器），有很多方法可以解決這一挑戰(zhàn)。

這些功能使工程師可以放寬對(duì)EMI布局進(jìn)行嚴(yán)格優(yōu)化的要求，以換取全面的布局，從而為優(yōu)化性能留出更多空間，以獲得更好的熱性能和/或更小的解決方案尺寸。這些功能可改善您的設(shè)計(jì)，以滿懷信心地滿足標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)設(shè)定的EMI限制。

Zachary Imm是德州儀器（TI）的汽車產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理。

編輯：hfy