EMI 知識全解：標準、成因，更有 TI 緩解技術(shù)助您攻克難關(guān)！
[導讀]點擊上方藍字關(guān)注我們！工業(yè)、汽車與個人運算應(yīng)用中的電子系統(tǒng)愈發(fā)密集且互相連接。為了改善這類系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計考慮。圖1所示的車用攝影機模塊就是這類多功能系統(tǒng)其中一個范例，該...
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工業(yè)、汽車與個人運算應(yīng)用中的電子系統(tǒng)愈發(fā)密集且互相連接。為了改善這類系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計考慮。圖 1 所示的車用攝影機模塊就是這類多功能系統(tǒng)其中一個范例，該模塊內(nèi)的兩百萬像素成像組件、4 Gbps 的串聯(lián)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(shè)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。圖 1：車用攝影機模塊電磁干擾 (EMI) 可能會以兩種方式顯現(xiàn)。例如連接相同電源供應(yīng)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(tǒng)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(shè)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(guī)則，針對干擾電路設(shè)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。圖 2：通過傳導和電磁方式造成的電磁干擾
共享 EMI 標準用于限制干擾的規(guī)定采用業(yè)界標準規(guī)格建立，例如適用汽車產(chǎn)業(yè)的國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25，以及適用多媒體設(shè)備的 CISPR 32。CISPR 標準是 EMI 設(shè)計的重要關(guān)鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術(shù)的目標性能。CISPR 標準可根據(jù)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(shè)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(tǒng)，需要清楚了解 EMI 的主要成因。現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，最常見的電路之一就是硬式切換電源供應(yīng)器 (SMPS)，可在多數(shù)應(yīng)用中透過線性穩(wěn)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(yīng)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(zhì)，會導致產(chǎn)生非連續(xù)輸入電流、在切換節(jié)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(chǎn)生的其他振鈴。非連續(xù)電流會影響 <30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節(jié)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(tǒng)和進階技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計中，主要使用兩種方法降低切換轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的 EMI，而兩種方法都會造成相關(guān)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(zhuǎn)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(qū)動器設(shè)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(xiàn)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(yōu)勢，TI 在設(shè)計 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切換轉(zhuǎn)換器和控制器時，加入了多種技術(shù)，如圖 5 所示。前述技術(shù)包含展頻、主動 EMI 濾波、抵銷線圈、封裝創(chuàng)新、整合式輸入旁路電容器及真實電壓轉(zhuǎn)換率控制方法等，且這些技術(shù)都經(jīng)過設(shè)計，針對所需的特定頻帶量身打造。圖 5：TI 的功率轉(zhuǎn)換器和控制器為了大幅降低 EMI 而采用的技術(shù)
結(jié)論設(shè)計低 EMI 可顯著縮短開發(fā)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(shù)。以 TI 經(jīng)過 EMI 優(yōu)化的電源管理產(chǎn)品來運用不同技術(shù)組合，可確保使用 TI 組件的設(shè)計通過業(yè)界標準而無需過多重做。希望本信息和相關(guān)內(nèi)容能簡化您的設(shè)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(shè)備維持在 EMI 限制內(nèi)。延展閱讀資源免費下載 | 如何通過節(jié)省時間和成本的創(chuàng)新技術(shù)降低電源中的 EMI？如何通過集成式有源EMI濾波器降低EMI并縮小電源尺寸？
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工業(yè)、汽車與個人運算應(yīng)用中的電子系統(tǒng)愈發(fā)密集且互相連接。為了改善這類系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計考慮。圖 1 所示的車用攝影機模塊就是這類多功能系統(tǒng)其中一個范例，該模塊內(nèi)的兩百萬像素成像組件、4 Gbps 的串聯(lián)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(shè)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。圖 1：車用攝影機模塊電磁干擾 (EMI) 可能會以兩種方式顯現(xiàn)。例如連接相同電源供應(yīng)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(tǒng)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(shè)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(guī)則，針對干擾電路設(shè)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。
圖 2：通過傳導和電磁方式造成的電磁干擾共享 EMI 標準用于限制干擾的規(guī)定采用業(yè)界標準規(guī)格建立，例如適用汽車產(chǎn)業(yè)的國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25，以及適用多媒體設(shè)備的 CISPR 32。CISPR 標準是 EMI 設(shè)計的重要關(guān)鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術(shù)的目標性能。CISPR 標準可根據(jù)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(shè)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(tǒng)，需要清楚了解 EMI 的主要成因。現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，最常見的電路之一就是硬式切換電源供應(yīng)器 (SMPS)，可在多數(shù)應(yīng)用中透過線性穩(wěn)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(yīng)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(zhì)，會導致產(chǎn)生非連續(xù)輸入電流、在切換節(jié)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(chǎn)生的其他振鈴。非連續(xù)電流會影響 <30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節(jié)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(tǒng)和進階技術(shù)在傳統(tǒng)設(shè)計中，主要使用兩種方法降低切換轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的 EMI，而兩種方法都會造成相關(guān)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(zhuǎn)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(qū)動器設(shè)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(xiàn)低 EMI 的解決方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
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圖 5：TI 的功率轉(zhuǎn)換器和控制器為了大幅降低 EMI 而采用的技術(shù)結(jié)論設(shè)計低 EMI 可顯著縮短開發(fā)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(shù)。以 TI 經(jīng)過 EMI 優(yōu)化的電源管理產(chǎn)品來運用不同技術(shù)組合，可確保使用 TI 組件的設(shè)計通過業(yè)界標準而無需過多重做。希望本信息和相關(guān)內(nèi)容能簡化您的設(shè)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(shè)備維持在 EMI 限制內(nèi)。延展閱讀資源免費下載 | 如何通過節(jié)省時間和成本的創(chuàng)新技術(shù)降低電源中的 EMI？如何通過集成式有源EMI濾波器降低EMI并縮小電源尺寸？
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