有效降低传导辐射干扰的小技巧
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。为了尽可能的减小电磁干扰，设计人员通常会在设计原理图和绘制布局时，通过降低高di / dt的环路面积以及开关转换速率来减小噪声源。
但是，有时无论布局和原理图的设计多么谨慎，仍然无法将传导emi降低到所需的水平。这是因为噪声不仅取决于电路寄生参数，还与电流强度有关。另外，开关打开和关闭的动作会产生不连续的电流，这些不连续电流会在输入电容上产生电压纹波，从而增加emi。
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。
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，并给后续芯片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。
图6 不同的pcb布线
除了增加滤波器外，另一种优化emi性能的有效方法是增加屏蔽罩。这是因为连接着gnd的金属屏蔽罩可以阻止噪声向外辐射。图7推荐了一种屏蔽罩的摆放方法。该屏蔽罩恰好覆盖了板上所有的元器件。
图8显示了增加滤波器和屏蔽罩之后的emi结果。如图所示，整个频段的噪声几乎都被屏蔽罩消除，emi性能非常好。这主要是因为等效为天线的长输入引线会耦合大量辐射噪声，而屏蔽罩恰好隔绝了它们。在本设计中，中频噪声也会采用这种方式耦合到输入引线上。
图7 带屏蔽罩的pcb 3d模型
图8 c5标准下的噪声特性（带cm，dm滤波器以及屏蔽罩）
图9也显示了带滤波器和屏蔽罩的噪声特性。与图8 不同的是，图9中屏蔽罩是一个金属盒，它包裹了整个电路板，且只有输入引线裸露在外面。虽然有了这个屏蔽罩，但一些辐射噪声仍然可以绕过emi滤波器并耦合到pcb上的电源线，这将会导致比图8更差的噪声特性。有趣的是，图4，图8和图9中（相同的布局布线）高频带的噪声特性几乎相同。这是因为在增加emi滤波器后，能耦合到输入线上的高频段辐射噪声几乎已经不存在了。
图9 c5标准下的噪声特性（带cm，dm滤波器以及屏蔽金属盒）
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。
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但是，有时无论布局和原理图的设计多么谨慎，仍然无法将传导emi降低到所需的水平。这是因为噪声不仅取决于电路寄生参数，还与电流强度有关。另外，开关打开和关闭的动作会产生不连续的电流，这些不连续电流会在输入电容上产生电压纹波，从而增加emi。
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。
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，并给后续芯片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。
图6 不同的pcb布线
除了增加滤波器外，另一种优化emi性能的有效方法是增加屏蔽罩。这是因为连接着gnd的金属屏蔽罩可以阻止噪声向外辐射。图7推荐了一种屏蔽罩的摆放方法。该屏蔽罩恰好覆盖了板上所有的元器件。
图8显示了增加滤波器和屏蔽罩之后的emi结果。如图所示，整个频段的噪声几乎都被屏蔽罩消除，emi性能非常好。这主要是因为等效为天线的长输入引线会耦合大量辐射噪声，而屏蔽罩恰好隔绝了它们。在本设计中，中频噪声也会采用这种方式耦合到输入引线上。
图7 带屏蔽罩的pcb 3d模型
图8 c5标准下的噪声特性（带cm，dm滤波器以及屏蔽罩）
图9也显示了带滤波器和屏蔽罩的噪声特性。与图8 不同的是，图9中屏蔽罩是一个金属盒，它包裹了整个电路板，且只有输入引线裸露在外面。虽然有了这个屏蔽罩，但一些辐射噪声仍然可以绕过emi滤波器并耦合到pcb上的电源线，这将会导致比图8更差的噪声特性。有趣的是，图4，图8和图9中（相同的布局布线）高频带的噪声特性几乎相同。这是因为在增加emi滤波器后，能耦合到输入线上的高频段辐射噪声几乎已经不存在了。
图9 c5标准下的噪声特性（带cm，dm滤波器以及屏蔽金属盒）
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