Boost型DC-DC辐射EMI分析
引言：本节开始从一些实例出发，理论结合实际来进一步探讨电源噪声处理的方式选择和效果评估。
1.boost型dc-dc辐射emi分析
图10-1是典型的同步boost电路，由输入电容cin，电感l，开关器件q1、q2以及输出电容cout组成，同时形成4个回路。
loop2和loop3为开关电流断续回路，具有高di/dt和dv/dt，因此sw节点振铃明显。loop1和loop4虽然是存在反复充电放电，但却是电流连续回路，电感电流连续，高频噪声主要来源于sw节点开关高频噪声的传导，由于q2电流断续(boost的特征)，cout的容值大小以及位置决定了loop4中vout节点高频噪声幅值。(传送门：dc-dc-3：升压型的工作原理)
图10-1：boost开关回路分析
图10-2为sw节点典型的开关波形(输出仅放置bulk电容)，sw开关节点振铃幅值高达10v，震荡频率为200mhz左右。
图10-2：sw开关节点波形
图10-3是对应于图10-2的实际辐射emi测试结果，采用3m方法，蓝色为垂直方向，红色为水平方向。测试结果显示噪声在频域上的峰值在200mhz附近，与时域测试结果图10-2吻合，因此抑制辐射emi峰值意味着需要大幅度降低sw节点的振铃幅值，以及振铃周期数。
图10-3：辐射emi测量幅值(ce测试标准)
2.boost输出电容选择
如图10-1所示，boost的cout选择有几个关键考虑点：
1：输出纹波幅值
2：系统稳定性需求
3：sw节点的振铃幅值
4：输出电容耐压等级(陶瓷电容容值随耐压增加而衰减)。其中1、2、3、4与sw节点振铃幅值，辐射emi息息相关。
图10-1中输出回路3(包含q2、cout)是断续回路，必须连接一个100nf-1uf去耦电容，该去耦电容对于降低sw振铃幅值有着关键作用。(传送门：emc-7：如何使用电容从后级应对开关电源噪声)
为了获得低的输出纹波，建议选择低esr陶瓷电容，通常3~4颗22uf的x5r电容可以满足大多数应用，更大的容值有利于输出电压动态响应。鉴于陶瓷电容随着电压增加，容值减小的特性，建议选择电容耐压时考虑留有足够的裕量。例如输出电压12v，建议至少选择20v或者25v耐压电容以维持足够有效的电容值。(传送门：dc-dc-16：一文教你如何计算dc-dc的输入电容cin与输出电容cout)
根据输出纹波幅值要求，可以利用如下公式计算最小需求电容值cout。
其中vripple_c是输出纹波幅值，vripple_esr是输出电容esr导致的纹波，i_lpeak是电感电流峰值，esr是输出电容的esr。
3.layout注意点
1：由于输出回路是开关回路，高di/dt和dv/dt，减小回路面积至关重要，输出回路去耦电容必须放置在离vout、gnd管脚最近的位置，从而降低sw振铃幅值，如图10-4红色箭头所示，利用nc管脚作为输出功率地，从而更近一步降低输出回路面积，vout、nc管脚铺铜尽量宽。
图10-4：推荐layout
2：由于sw的高频振铃同样会耦合至输入端，输入bulk电容需要尽量放置离电感、gnd近的位置以减小输入回路面积，输入端去耦电容同样需要离vin端越近越好。
3：下层大面积铺地，降低地回路阻抗，采用8mil的过孔连接上下大地，降低热阻。
4：从系统稳定性考虑，
agnd与pgnd单端相连，通过散热焊盘底部相连，(散热焊盘同时也是功率地)。当vout添加上去耦电容，并严格按照版图注意事项布板，测试波形如下图10-5所示，sw振铃幅值降低到6v，同时震荡明显周期变少。
图10-5：添加去耦电容和推荐layout
4.sw开关节点噪声吸收电路选择
在sw开关节点添加对地的rc高频噪声吸收电路如图10-6所示，可以直接降低sw节点振铃幅值，该吸收电路通过降低dv/dt来降低sw节点振铃幅值，因此该电路会牺牲小于1%的boost效率。(传送门：emc-5：dc-dc的开关节点振铃控制)
图10-6：采用sw节点振铃吸收电路
sw高频噪声在200mhz附近，因此选择rs=2ω，cs=2nf，图10-6为sw节点加上该吸收电路，测试结果为图10-7所示，相比于图10-2所示，sw幅值大幅降低(蓝色=sw、绿色=vin
ac)。
图10-7：添加sw振铃吸收电路，测试波形
基于无系统级的emi滤波器，图10-8为添加sw节点rc吸收电路后辐射emi测试结果，相较于 图10-3 ，emi峰值下降了20db。
图10-8：辐射emi测试结果(rc缓冲电路)
5.磁珠的选择
在系统级应用中，如果需要进一步降低辐射emi，贴片式磁珠是最简单的选择。关于磁珠的选择，有下列几个注意事项：
1：磁珠的频率需要覆盖高频噪声频段，根据 图10-3 ，该磁珠需要在100mhz~300mhz频段表现为高阻抗值。
2：磁珠的饱和电流需要30%高于实际工作的峰值电流。
3：磁珠的等效阻抗越低越好，有利于减少磁珠带来的功耗。
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图10-1：boost开关回路分析
图10-2为sw节点典型的开关波形(输出仅放置bulk电容)，sw开关节点振铃幅值高达10v，震荡频率为200mhz左右。
图10-2：sw开关节点波形
图10-3是对应于图10-2的实际辐射emi测试结果，采用3m方法，蓝色为垂直方向，红色为水平方向。测试结果显示噪声在频域上的峰值在200mhz附近，与时域测试结果图10-2吻合，因此抑制辐射emi峰值意味着需要大幅度降低sw节点的振铃幅值，以及振铃周期数。
图10-3：辐射emi测量幅值(ce测试标准)
2.boost输出电容选择
如图10-1所示，boost的cout选择有几个关键考虑点：
1：输出纹波幅值
2：系统稳定性需求
3：sw节点的振铃幅值
4：输出电容耐压等级(陶瓷电容容值随耐压增加而衰减)。其中1、2、3、4与sw节点振铃幅值，辐射emi息息相关。
图10-1中输出回路3(包含q2、cout)是断续回路，必须连接一个100nf-1uf去耦电容，该去耦电容对于降低sw振铃幅值有着关键作用。(传送门：emc-7：如何使用电容从后级应对开关电源噪声)
为了获得低的输出纹波，建议选择低esr陶瓷电容，通常3~4颗22uf的x5r电容可以满足大多数应用，更大的容值有利于输出电压动态响应。鉴于陶瓷电容随着电压增加，容值减小的特性，建议选择电容耐压时考虑留有足够的裕量。例如输出电压12v，建议至少选择20v或者25v耐压电容以维持足够有效的电容值。(传送门：dc-dc-16：一文教你如何计算dc-dc的输入电容cin与输出电容cout)
根据输出纹波幅值要求，可以利用如下公式计算最小需求电容值cout。
其中vripple_c是输出纹波幅值，vripple_esr是输出电容esr导致的纹波，i_lpeak是电感电流峰值，esr是输出电容的esr。
3.layout注意点
1：由于输出回路是开关回路，高di/dt和dv/dt，减小回路面积至关重要，输出回路去耦电容必须放置在离vout、gnd管脚最近的位置，从而降低sw振铃幅值，如图10-4红色箭头所示，利用nc管脚作为输出功率地，从而更近一步降低输出回路面积，vout、nc管脚铺铜尽量宽。
图10-4：推荐layout
2：由于sw的高频振铃同样会耦合至输入端，输入bulk电容需要尽量放置离电感、gnd近的位置以减小输入回路面积，输入端去耦电容同样需要离vin端越近越好。
3：下层大面积铺地，降低地回路阻抗，采用8mil的过孔连接上下大地，降低热阻。
4：从系统稳定性考虑，
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图10-5：添加去耦电容和推荐layout
4.sw开关节点噪声吸收电路选择
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3：磁珠的等效阻抗越低越好，有利于减少磁珠带来的功耗。
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