關于電磁干擾的標準、成因以及緩解技術的剖析

工業、汽車與個人運算應用中的電子系統愈發密集且互相連接。為了改善這類系統的尺寸和功能，因此在封裝各種不同電路時皆采取近封裝距離。有鑒于前述限制，降低電磁干擾 （EMI） 影響也逐漸成為重要的系統設計考慮。

圖 1 所示的車用攝影機模塊就是這類多功能系統其中一個范例，該模塊內的兩百萬像素成像組件、4 Gbps 的串聯器及四通道電源管理集成電路 （PMIC） 皆以近距離封裝在一起。如此會使復雜度和密度隨之提升并帶來副作用，也就是使成像組件與訊號處理組件緊鄰 PMIC，而 PMIC 帶有高電流與電壓。除非在設計期間能夠小心留意，否則前述的配置方式勢必會導致一系列電路對敏感組件的功能造成電磁干擾。

電磁干擾 （EMI） 可能會以兩種方式顯現。例如連接相同電源供應器的無線電和電機鉆就是一例，如圖 2 所示。在本例中，敏感無線電系統的運作會透過傳導方式受到電機影響，因為這兩者共享相同的電源插座。電機也會透過電磁輻射對無線電的功能造成影響，因為前述電磁輻射會透過空氣耦合，并受到無線電天線接收。

終端設備制造商整合不同來源的組件時，唯一能確保干擾電路和敏感電路可和平共存并正確運作的方法，就是建立一套共享規則，針對干擾電路設定干擾程度的限制，且敏感電路必須能夠處理該程度的干擾。

共享 EMI 標準

用于限制干擾的規定采用業界標準規格建立，例如適用汽車產業的國際無線電干擾特別委員會 （CISPR） 25，以及適用多媒體設備的 CISPR 32。CISPR 標準是 EMI 設計的重要關鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術的目標性能。CISPR 標準可根據干擾模式分類為傳導式限制和輻射式限制，如圖 3 所示。圖 3 圖表中的長條代表最大的傳導式和輻射式排放限制，這是使用標準 EMI 測量設備進行測量時，受測裝置所能容許的上限。

圖 3：傳導式和輻射式 EMI 的一般標準

EMI 的成因

若要建立兼容于 EMI 標準的系統，需要清楚了解 EMI 的主要成因?，F代電子系統中，最常見的電路之一就是硬式切換電源供應器 （SMPS），可在多數應用中透過線性穩壓器大幅提升效率。但這樣的效率必須付出代價，因在 SMPS 中切換功率場效應晶體管，會使其成為主要 EMI 來源。

如圖 4 所示，在 SMPS 中進行切換的本質，會導致產生非連續輸入電流、在切換節點的高邊緣速率，以及電源回路中因寄生電感而在切換邊緣產生的其他振鈴。非連續電流會影響 《30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節點的高邊緣速率以及振鈴則會影響 30 至 100 MHz 頻帶的 EMI，以及 》100 MHz 之頻帶的 EMI。

圖 4：SMPS 運作期間的主要 EMI 來源

降低 EMI 的傳統和進階技術

在傳統設計中，主要使用兩種方法降低切換轉換器產生的 EMI，而兩種方法都會造成相關的損失。為了處理低頻率 （《30 MHz） 排放并符合適用標準，會在切換轉換器的輸入處放置大型被動濾波器，造成解決方案更為昂貴、功率密度更低。

而一般降低高頻率排放的方式，則是透過有效的閘極驅動器設計來降低切換邊緣速率。雖然這么做有助降低 》30 MHz 之頻帶的 EMI，但是降低的邊緣速率會導致切換損失增加，進而使解決方案的效率降低。換句話說，為了實現低 EMI 的解決方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。

為了免除取舍的需要并且一并獲得高功率密度、高效率以及低 EMI 的優勢，TI 在設計 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切換轉換器和控制器時，加入了多種技術，如圖 5 所示。前述技術包含展頻、主動 EMI 濾波、抵銷線圈、封裝創新、整合式輸入旁路電容器及真實電壓轉換率控制方法等，且這些技術都經過設計，針對所需的特定頻帶量身打造；在上方連結的白皮書和其他資源區段所連結的相關教學影片中，對此提供了更深入的說明。

結論

設計低 EMI 可顯著縮短開發周期時間，并可減少機板面積和解決方案成本。TI 提供多種可降低 EMI 的功能與技術。以 TI 經過 EMI 優化的電源管理產品來運用不同技術組合，可確保使用 TI 組件的設計通過業界標準而無需過多重做。希望本信息和相關內容能簡化您的設計程序，并且讓您能在不犧牲功率密度或效率的情況下，將終端設備維持在 EMI 限制內。

審核編輯：金巧