杰出的 EMI 是板级 EMI 规划和。芯片。EMI 规划结合的成果。许多。工程师。对板级 EMI 的降噪触摸较多，也比较了解，而关于芯片规划中的 EMI 优化办法比较生疏。

今日，咱们将以一个典型的 Buck 电路为例，首要依据 EMI 模型，剖析其噪声源的频谱，并以此介绍，在芯片规划中，咱们怎样有针对性地优化 EMI 噪声。

01Buck 变换器的传导 EMI 模型介绍。

咱们知道，电力电子。体系中，半导体。器材在其开关进程中会发生高 dv/dt 节点与高 di/dt 环路，这些是 EMI 发生的根本原因。

而适宜的 EMI 模型能够协助咱们剖析噪声发生的原因。

一起，因为传达途径的不同，EMI 能够分为共模和差模噪声(可详见：轿车电子。非阻隔型变换器传导与辐射EMI的发生，传达与按捺)。

图 1 中展现了一个典型的 Buck 变换器差模和共模噪声的传达途径。

图 1 Buck 电路中差模和共模 EMI 的传达途径。

EMI 建模的第一步是把开关用。电流源。或电压源进行等效，等效之后，电路遍地的。电流。和电压仍然不变。然后能够运用叠加定理来具体剖析每一个源的影响。

以一个 Buck 变换器为例，在图 2(a) 中，咱们将开关用电压源和电流源进行代替，因为差。模电。流不留经参阅地，因而电路到参阅地的寄生。参数。能够疏忽。

在图 2(b) 中，咱们运用叠加定理对其别离进行剖析，需求留意的是，当剖析某一个源的影响时，其他的电压源需做短路处理，而其他的电流源需进行开路处理。由图 2(b) 可知，实践上差模电流的源能够用 Buck 上管的电流等效，而终究的等效模型可简化为图 3 的办法。

图 2 Buck 差模 EMI 噪声模型推导。

图 3 Buck 差模 EMI 噪声模型。

因为差模噪声是由。开关电源。自身运转状况决议的，因而，下降差模噪声的首要办法是规划合理的差模滤波器，而与芯片规划关系不大。本次共享不展开评论。

另一方面，关于共模 EMI 噪声来说，咱们能够经过相似的办法进行建模，图 4 展现了建模的进程。值得一提的是，关于共模噪声，因为输入、输出。电容。的阻抗通常远小于电路对地寄生电容的阻抗，因而在建模中，输入、输出电容能够作为短路处理。而终究的等效模型可简化为图 5 的办法。

图 4 Buck 共模 EMI 噪声模型推导。

图 5 Buck 共模 EMI 噪声模型。

有点工程师朋友或许会有疑问，这个模型如此简练，那么一些其他的电路元件是不是被疏忽了呢?(比方图 6 中所示的 RC Snubber 元件)。

但实践上，答案是并不会。

尽管 EMI 模型是相同的，但实践上开关波形会受到外部电路的影响，而这一部分现已被包含在了噪声源 VSW 中。而在。电路剖析。中，与一个电压源并联的器材能够疏忽。正因如此，咱们能够看到，图 6 中的 RC Snubber 能够从终究模型中去掉。

图 6 关于并联元件的评论。

02EMI 共模噪声源的频谱剖析。

依据上一节的内容，咱们知道关于 Buck 变换器来说，它的共模 EMI 噪声源即为开关节点的电压。

在疏忽开关振动时，Buck 开关节点电压波形能够等效为一个梯形波，如图 7(a) 所示。其间梯形波的幅值 A0 即为 Buck 的输入电压，tr 和。 tf。对应节点电压的上升和下降时刻，波形的周期 T 为 Buck 的开关频率 f0 的倒数，d 为 Buck 电路的占空比。

图 7。

假如在频域上对这个波形进行剖析，咱们将会得到形如图 7(b) 中的频谱，而它的包络线分为两段：从 f0 / πd 到 1 / πtr(tr 取上升时刻和下降时刻中的较小值)，频谱的包络以每十倍频率 20dB 下降;而在 1 / πtr 后，频谱的包络以每十倍频率 40dB 下降。

那这个定论是怎样发生的呢?

实践上，假如对此梯形波进行傅里叶分化，咱们将会得到如下的表达式，其间，An 为其 n 次谐波的幅值。

对 sin(x) / x 这样的办法，在 x。<1 时，sin(x) / x < 1;在 x >1时，sin(x) / x。 < 1 / x。

因而咱们能够将其简化为公式(2)中所示的办法，并依此画出包络线。

关于 f0 / πd 到 1 / πtr 区间的表达式，函数与频率成反比;而在 1 / πtr 之后，函数与频率的平方成反比。因而咱们得到了图 7 中展现的斜率。

从公式(1)中咱们还能够得到一些风趣的定论。

如图 8 (a) 所示，假如 d = 0.5，当 n 为偶数时，An = 0，因而在频谱上是没有偶数次谐波重量的。

别的，如图 8 (b) 所示，当 d 与 0.5 挨近的时分，偶次谐波的包络约等于 2A0 | d - 0.5 |。关于轿车电子来说，12V 转 5V 是一个很常见的使用，此刻的占空比也比较挨近 0.5，能够用这个定论协助进行剖析。

图 8。

从公式(2)中，咱们也能够对开关频率以及上升下降时刻的影响进行量化剖析。

在其他条件不变的前提下，如图 9 (a) 所示，假如开关频率进步十倍，高频 EMI 的噪声源会全体进步 20dB;而如图 9 (b) 所示，假如开关上升/下降时刻变为初始值的十分之一，则高频 EMI 的噪声源也会全体进步 20dB。

因而，进步开关频率尽管有助于减小电感元件，但的确也对 EMI 提出了更高的应战。而关于芯片规划来说，MPS。的大部分轿车电子芯片都支撑客户经过。模仿。或许数字的办法来设置开关频率，然后协助客户经过 EMI 测验。

图 9。

以上剖析首要是依据抱负开关波形，而实践开关波形(如图 10(a) 所示)则往往会带有一些振动，而在 EMI 频谱上，在对应振动频率的方位也会呈现一个凸起(如图 10(b) 所示)。咱们将在下一节中剖析怎样对这个问题进行优化。

图 10。

03。IC。规划中优化 EMI 的办法。

A对开关波形振动的优化。

咱们知道，在实践电路中，芯片、无源元件，以及。 PCB。走线都会带来一些寄生参数。而在开关进程中，这些寄生参数会构成一些振动。

图 11(a) 中展现了 Buck 变换器上管注册进程中，构成开关节点振动的回路，其间 LLoop,IN，LLoop,GND 为 PCB 走线带来的寄生电感，LVIN,HS，LSW,HS，LSW,LS，LGND,LS 为引脚到芯片内部晶片各节点的引线电感，CDS，CGD，CGS 为 MOS 管的寄生电容。

这个回路其实是间隔芯片最近的一颗输入电容 CIN 与芯片上下管之间构成的回路。在谐振发生时，CIN 上的电压较安稳，能够近似等效为输入电压 VIN。

图 11。

经过进一步简化，咱们能够得到图 11(b) 中的串联谐振模型，其间，RF。ET,HS 为上管在注册进程中的。电阻。：

值得一提的时，在注册进程中，FET 处于饱满区，跟着 VG-S 的添加，RFET,HS 会逐步减小，终究到达导通电阻。

关于这个串联谐振，其品质因数 Q 如公式(5)所示：

咱们知道，Q 值越大，振动越激烈。因而，为了从源头上减小这个振动，咱们需求做的是减小 LTot 的值，或许增大 RTot 和 CDS,LS。

在板级电路的规划上，是有一些办法来做到这点的。比方，经过在下管并联一个 RC Snubber，能够等效增大电容;或许经过添加 Bootstrap 电阻来减小注册速度，然后等效增大谐振发生时的 RFET,HS 。但这些办法也有一些副作用，如添加了损耗，也添加了电路本钱。

从芯片规划上进行优化的优势更显着，副作用更小。从封装技能上，比较传统的引线键合封装(如图 12(a) 所示)，MPS 的倒装封装技能(如图 12(b) 所示)大幅减小了封装带来的寄生电感，可将 LVIN,HS，LSW,HS，LSW,LS，LGND,LS 等从 nH 级降为 pH 级。

图 12。

此外，因为振动回路是由 VIN 与芯片内部上下管构成，经过将输入环路别离为对称的两部分(如图 13(a) 所示)，MPS 能够进一步下降输入回路的寄生电感。

图 13(b) 比照了引线键合、单输入封装和倒装封装、输入别离规划的两颗芯片的噪声源频谱。从图中可见，封装的改善带来了 15dB 以上的提高。

图 13。

为了进一步减小输出回路的电感，MPS 还能够进一步将输入电容也集成在封装之中。

图 14 比照了集成输入电容的开关波形，因为回路电感进一步减小，谐振频率现已在 1GHz 以上，现已超过了许多 EMI 测验的要求规模。

图 14 开关波形与引脚示意图。

除了封装技能之外，在。电路规划。上也能够经过动态调整开关速度，使得谐振发生时，上管处于刚刚导通的状况，此刻，RFET,HS 较大，然后能够有用按捺振动强度。这一规划可经过规划多级驱动，并在适宜的时刻注册不同驱动来完成。

图 15 为一个两级驱动的示例。

图 15 多级驱动(以两级驱动为例)。

图 16 比较了传统的单级驱动办法与两级驱动的作用。

从图 16(a) 的时域波形上能够看出，两级驱动有用地下降了开关时的振动，而从图 16(b) 的频谱上来，两级驱动也有十分显着的作用，将振动发生的 EMI 峰值按捺了 10dB 以上。因为这一办法只改变了谐振回路中的电阻，因而谐振频率不会发生变化。

别的，值得一提的是，因为多级驱动实践上下降了开关速度，它对开关损耗是有必定影响的。但比较于添加 Bootstrap 电阻的办法，因为多级驱动能够动态调理开关速度，在谐振发生后，芯片能够加速管子注册速度，然后使得总开关时刻仅有有限的添加，来削减过多的开关损耗。

图 16 单级驱动与两级驱动比照。

B经过抖频规划优化 EMI。

抖频技能能够经过将开关能量涣散到不同的频率上，然后有用下降 EMI，这一部分在之前的共享中有具体介绍(可详见：挑选适宜参数进行抖频规划)，因而在本文中暂略。

总结。

在本次的共享中，依据对噪声源频谱的剖析，咱们能够量化各个要害参数关于频谱的影响。别的，咱们也介绍了芯片规划中下降 EMI 噪声的一些办法：

从开关频率的挑选上，MPS 芯片支撑多种开关频率的挑选，部分芯片也能够敞开抖频;

从封装与布线规划上，MPS 的倒装封装，对称输入规划，集成输入电容等技能能够有用下降高频噪声源;

从驱动办法上，MPS 共同的多级驱动能够有用减小开关振动。

内容来源：https://sh.tanphatexpress.com.vn/app-1/xổ số bến tre ngày 31 tháng 5,https://chatbotjud-hml.saude.mg.gov.br/app-1/aposta-ganha-cupom

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