一直以来,设计中的电磁干扰(EMI)问题十分令人头疼,尤其是在汽车领域。因此,有必要采用一些其他方法来提高传导EMI的性能。本文主要讨论的是引入输入滤波器来滤除噪声,或增加屏蔽罩来锁住噪声。经过验证,综合来说,增加EMI滤波器或者屏蔽罩都能有效的改善EMI性能。但是与此同时,滤波器的布局布线以及屏蔽罩的摆放位置需要仔细斟酌。
图1 EMI滤波器示意简图
图1是一个简化的EMI滤波器,包括共模(CM)滤波器和差模(DM)滤波器。 通常,DM滤波器主要用于滤除小于30MHz的噪声(DM噪声),CM滤波器主要用于滤除30MHz至100MHz的噪声(CM噪声)。 但其实这两个滤波器对于整个频段的EMI噪声都有一定的抑制作用。
图2显示了一个不带滤波器的输入引线噪声,包括正向噪声和负向噪声,并标注了这些噪声的峰值水平和平均水平。 其中,该被测系统主要采用芯片LMR14050SSQDDARQ1输出5V/5A,并给后续芯TPS65263QRHBRQ1供电,同时输出1.5V/3A,3.3V/2A以及1.8V/2A。 这两个芯片都工作在2.2MHz的开关频率下。 另外,图中显示的传导EMI标准是CISPR25 Class 5(C5)。有关该系统的更多信息,请查阅应用笔记SNVA810。
图2 C5标准下的噪声特性(无滤波器)
图3显示了增加一个DM滤波器后的EMI结果。 从图中可以看出,DM滤波器衰减了中频段DM噪声(2MHz至30MHz)近35dBμV/ m。此外高频段噪声(30MHz至100MHz)也有所降低,但仍超过限制水平。这主要是因为DM滤波器对于高频段CM噪声的滤除能力有限。
图3 C5标准下的噪声特性(带DM滤波器)
图4显示了增加CM和DM滤波器后的噪声特性。 与图3相比,CM滤波器的增加降低了近20dBμV/ m的CM噪声。 并且EMI性能也通过了CISPR25 C5标准。
图4 C5标准下的噪声特性(带CM和DM滤波器)
图5显示了不同布局下带CM和DM滤波器的噪声特性,其中滤波器与图4相同。但与图4相比,整个频段的噪声增加了大约10dBμV/ m,高频噪声甚至还超出CISPR25 C5标准的平均值。
图5 C5标准下的噪声特性(带CM和DM滤波器,不同布局)
图4和图5之间噪声结果的不同主要是由于PCB布线差异所致,如图6所示。图5的布线中(图6的右侧),大面积覆铜(GND)包围着DM滤波器,并和Vin走线形成了一些寄生电容。 这些寄生电容为高频信号旁路滤波器提供了有效的低阻抗路径。 因此,为了最大限度地提高滤波器的性能,需要移除滤波器周围所有的覆铜,如图6左侧的布线。