汽車的創(chuàng)新 70%于汽車電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品成本占整車比例已經(jīng)從上世紀70年代的4%成長到現(xiàn)在的30%左右，隨著自動駕駛和電動化的發(fā)展趨勢演進，業(yè)界預期到2030年該比例將可達到50%。

汽車電子系統(tǒng)比重的增加顯著提高了汽車整車的舒適性、安全性和環(huán)保，但也讓汽車設計變得更加復雜。例如，預計隨著L4級及以上等級的自動駕駛汽車軟件達數(shù)千萬行代碼，當然硬件設計必然更加復雜，特別是對于確保硬件穩(wěn)定可靠性的EMC要求將更嚴格。事實上，汽車電子系統(tǒng)對于供應商提供的芯片和印制電路板的電磁輻射特性要求特別高，SAE(原汽車工程師協(xié)會)已經(jīng)定義測試規(guī)范并建立滿足電磁兼容和電磁干擾的需求，并對其進行了不斷的完善。

在汽車系統(tǒng)中，滿足電磁干擾要求是一項重大挑戰(zhàn)。EMI 性能很大程度上依賴于電路板的布局和類型，常常需要反復進行多次印刷電路板的設計，這會導致高昂的研發(fā)成本和長時間的開發(fā)周期。電源作為EMI的貢獻“大戶”，通常是EMC驗證的關(guān)鍵，本文將分析一種采用ADI第二代 Silent Switcher 2 技術(shù)的雙通道降壓型穩(wěn)壓器的汽車電源解決方案。

與電路板“抗爭”的傳統(tǒng)EMC設計方法論

怎樣輕松解決汽車環(huán)境中的EMI問題?傳統(tǒng)的設計經(jīng)驗是印刷電路板布局決定著所有的成敗，決定著功能、電磁干擾(EMI)和受熱時的表現(xiàn)。而開關(guān)電源布局是成功的關(guān)鍵，從一開始就需要精心選擇解決方案，并設計一個良好的布局，否則會有無盡的EMI濾波器、機械屏蔽、EMI測試和PCB改板的煩惱。

而且，當為了實現(xiàn)均流和更大的輸出功率而并聯(lián)多個DC/DC開關(guān)模式穩(wěn)壓器時，潛在的干擾和噪聲問題可能惡化。如果所有穩(wěn)壓器都以相似的頻率工作，那么電路中多個穩(wěn)壓器產(chǎn)生的總能量就會集中在一個頻率上，當該電路板與其他系統(tǒng)板上靠得很近，易于受到這種輻射能量影響時。在汽車系統(tǒng)中，這一問題可能尤其麻煩，因為汽車系統(tǒng)是密集排列的，而且常?？拷纛l、RF、CAN總線和各種雷達系統(tǒng)。

為此，ADI設計了一款電源方案——LT8650S，這是一款采用該公司第二代Silent Switcher 2技術(shù)的雙通道降壓型穩(wěn)壓器，在芯片上解決了幾乎所有的EMI麻煩，大大弱化對電路板布局的要求。該產(chǎn)品是一款緊湊的集成化解決方案，其執(zhí)行高頻操作，同時可提供優(yōu)良的 EMI 性能和高輸出電流。LT8650S的EMI性能可達到CISPR 25 Class 5輻射發(fā)射規(guī)格的要求，啟用擴展頻譜模式可散播能量并進一步改善EMI性能。

Silent Switcher 2讓開關(guān)電路“Silent”

Silent Switcher技術(shù)是過去幾年ADI在電源技術(shù)方面最大的一個創(chuàng)新，這是一個技術(shù)平臺，Power By Linear品牌下的產(chǎn)品在未來的電源芯片中，都會盡可能的往這個技術(shù)平臺上遷移。ADI工程團隊在芯片的堆疊和電路的設計結(jié)構(gòu)上做了一些非常創(chuàng)新的突破——在DC/DC里實現(xiàn)兩個電流環(huán)路的對稱排列，兩個環(huán)路產(chǎn)生的電場磁場是兩個反向的，可以相互抵消，從而實現(xiàn)超低的EMI，但同時確保了占位面積和效率的優(yōu)勢。

Silent Switcher 2通過使自身對電路板布局變化不敏感而有助于解決麻煩的EMI問題，可幫助用戶在其設計的首個電路板上實現(xiàn)良好的EMI性能。下圖給出了在其標準配置中的 LT8650S演示板以及對應的輻射EMI性能。在下圖中，把陶瓷輸入電容器從IC的近旁移至距離一英寸之外。盡管輸入配置有了巨大的變化，但是EMI性能幾乎保持不變，從而表現(xiàn)出 Silent Switcher 2顯著地降低了EMI性能對PCB布局的敏感性。

實現(xiàn)該目標的一種方法是在 Silent Switcher配置中把熱環(huán)路電容器集成到封裝之內(nèi)。通過利用其內(nèi)部接地平面在封裝內(nèi)部保持高頻電流，EMI 性能可令人印象深刻，并且不易受到電路板布局的影響。

汽車低EMI設計新方法論——LT8650S

LT8650S具有兩個獨立的通道，以從高達42V的輸入提供兩個單獨的輸出。這兩個通道能同時各提供高達4A的輸出電流，以及在脈沖負載應用中提供高達6A的電流。能夠從這款采用4mm x 6mm封裝的器件提供8A的總電流。外部VC引腳允許把多個器件并聯(lián)起來，以提供更大的輸出功率。

LT8650S 支持突發(fā)模式(Burst Mode?)操作，僅需6.2?A電流即可產(chǎn)生兩個輸出。該器件還具有強制連續(xù)和擴展頻譜模式?？刹捎猛獠垦a償以優(yōu)化瞬態(tài)響應，或者，也可運用內(nèi)部補償以實現(xiàn)簡單性。

實現(xiàn) LT8650S EMI性能另一種方法是控制開關(guān)邊緣。通常，這意味著減緩開關(guān)邊緣，因而付出的代價是犧牲效率，尤其是在高頻條件下。采用 LT8650S 時情況則并非如此。創(chuàng)新型驅(qū)動器設計把開關(guān)節(jié)點中的過沖保持在非常低的水平，即使在接近 10V/ns 的速度下也不例外，如在示波器快照中所見。

在高達3MHz頻率下，這些快速開關(guān)邊緣實現(xiàn)了高于90%的峰值效率。在500kHz至3MHz工作頻率范圍內(nèi)，效率的下降僅為幾個百分點，展示出低開關(guān)損耗特性。憑借LT8650S的Silent Switcher 2技術(shù)，可同時實現(xiàn)高頻條件下的高效率以及優(yōu)良的EMI性能。

高開關(guān)頻率開關(guān)穩(wěn)壓器對于保持小巧的總體解決方案尺寸是很重要。高開關(guān)頻率允許高的控制環(huán)路帶寬，從而減小了所需的輸出電容。在兩相配置中，LT8650S對于一個4A負載階躍具有<100mV的輸出電壓偏差，僅采用100?F輸出電容。隨著系統(tǒng)功率和復雜性的增加，電壓調(diào)節(jié)器將需要在高開關(guān)頻率下提供更大的輸出電流，以滿足尺寸、效率和輻射干擾要求。

本文小結(jié)

汽車工程師不斷面臨著降低電磁干擾和確保所有汽車電子系統(tǒng)的電磁兼容的挑戰(zhàn)，過去我們常常困惑于因為電路板布局過程中有所疏忽而導致非常麻煩的EMC問題。像LT8650S這種采用創(chuàng)新方法消除電路布局敏感性，同時兼顧效率和小尺寸等關(guān)鍵指標的解決方案來說，對當前汽車電子系統(tǒng)越來越快設計周期和越來越復雜的硬件設計將是一種必然的趨勢。