降低電源產(chǎn)品EMI的方法

　　隨著技術(shù)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，電子及電氣產(chǎn)品在朝著尺寸更小、重量更輕的方向發(fā)展，同時(shí)也在進(jìn)入更多的市場(chǎng)，如自動(dòng)化、汽車、儀器儀表、醫(yī)療等。電子器件面臨著功能要越來(lái)越強(qiáng)大、PCB尺寸要越來(lái)越小等挑戰(zhàn)，為了實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要在性能和功能方面反復(fù)權(quán)衡，而這可能會(huì)影響產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、量產(chǎn)等進(jìn)度。如何在非常有限的空間內(nèi)增加所需的功能并且符合監(jiān)管要求（例如電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)），就需要在集成電路層面進(jìn)行更多集成實(shí)現(xiàn)更為智能的封裝。

　　電磁干擾（EMI）測(cè)試是產(chǎn)品在上市之前必須做的一項(xiàng)測(cè)試，因?yàn)樵趶?fù)雜的電磁環(huán)境中，任何電子及電氣產(chǎn)品除了本身能夠承受一定的外來(lái)電磁干擾而保持正常工作外，還應(yīng)該不會(huì)對(duì)其他電子及電氣設(shè)備產(chǎn)生不可承受的電磁干擾。所以越來(lái)越多的產(chǎn)品必須通過(guò)EMI標(biāo)準(zhǔn)，制造商才可獲得產(chǎn)品的商業(yè)銷售資質(zhì)認(rèn)證。

　　然而，據(jù)報(bào)道超過(guò)50%的產(chǎn)品設(shè)計(jì)沒(méi)法一次通過(guò)EMI測(cè)試，所以產(chǎn)品一定要在設(shè)計(jì)階段即充分考慮EMI問(wèn)題。因此，在基于隔離的電路設(shè)計(jì)中，一個(gè)重要步驟是跨越隔離柵供電和傳輸數(shù)據(jù)。常規(guī)的DC-DC轉(zhuǎn)換器可能有效，但通常存在折衷。這些方法可能包括使用分立電路和變壓器來(lái)傳輸功率，變壓器通常體積龐大，需要許多外部組件，會(huì)占用寶貴的PCB空間，在要求電子元件越來(lái)越小的時(shí)代，這一點(diǎn)并不適用?，F(xiàn)在，更高效、更有性價(jià)比的解決方案是在電路上集成變壓器，采用尺寸更小的芯片級(jí)封裝。ADI公司大約10年前發(fā)明了isoPower，可以使用小型解決方案跨越隔離柵傳輸功率，下圖顯示的是這種器件的功能框圖。該芯片封裝中還集成了4個(gè)隔離通道，用于高速數(shù)據(jù)傳輸。這是一種優(yōu)化的解決方案，無(wú)需設(shè)計(jì)電源，在減小尺寸的同時(shí)還包含了EISA隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，并提供芯片級(jí)封裝，大大提高了受限系統(tǒng)的供電能力。

　　交疊拼接電容用于多層PCB，2層電源加上2層信號(hào)

　　電路上集成的器件越多，意味著輻射發(fā)射量也越多。在PCB層面減少輻射發(fā)射的一種常見(jiàn)方法是通過(guò)共模電流從副邊到原邊形成一條低阻抗路徑，從而降低輻射發(fā)射水平。這可以通過(guò)在原邊和副邊之間使用拼接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是分立電容價(jià)格昂貴、體積龐大且會(huì)占用寶貴的PCB面積，尤其是在可能堆疊多個(gè)組件隔離柵處，而且這種方法通常只有在較低的頻率下才能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)解決方案是嵌入式拼接電容，通常需要4層PCB，這類電容所形成的并聯(lián)電容的電感極低，在極大頻率范圍內(nèi)（超過(guò)1G）有效，但由于PCB要求4層或更多層，大幅增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成本。所以使用拼接電容代替分立電容或嵌入式電容，并不能有效解決輻射發(fā)射量的問(wèn)題。

　　理想的解決方法是不使用拼接電容，降低成本和PCB設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，這就需要組件級(jí)別上的解決方案，不需要使用復(fù)雜、昂貴的外部組件，就可以避免產(chǎn)生高輻射。ADI出品的支持隔離數(shù)據(jù)的新一代isoPower解決方案ADuM6421A，采用了創(chuàng)新的技術(shù)，即使不使用拼接電容，也可以避免在兩層上產(chǎn)生大量輻射。為減少輻射發(fā)射，該器件具有出色的線圈對(duì)稱性和線圈驅(qū)動(dòng)電路，可以大幅降低跨隔離柵的共模電流傳輸，從而減少導(dǎo)致輻射的因素，特別是通過(guò)頻譜技術(shù)減少特定頻率下的噪聲密度，使輻射能分散在更寬的頻帶上。

　　ADuM6421A集成帶數(shù)據(jù)隔離的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，其尺寸小、輻射發(fā)射性能優(yōu)異，是一種性價(jià)比高且復(fù)雜程度低的解決方案，有助于達(dá)到輻射發(fā)射規(guī)定。對(duì)于2層PCB板，其隔離功率為500mW，即使在此負(fù)載下，也可以較大的裕量達(dá)到CISPR32B類要求。該產(chǎn)品采用28引腳細(xì)間距封裝，最小爬電距離為8.3mm，請(qǐng)注意，其占用空間與16引腳寬體SOIC封裝相同。因此，即使這種封裝間距很小，占用的空間仍然相同。另外，ADuM6421有四個(gè)高速數(shù)據(jù)通道，具有很好的電氣噪聲和電磁干擾抑制能力。

　　下圖顯示了使用ADuM6421A可以節(jié)省的電路板占用面積和成本。如前所述，芯片級(jí)甚至分立式DC-DC轉(zhuǎn)換器通常需要拼接電容才能達(dá)到CISPR32B類的要求;嵌入式拼接電容通常能比分立電容提供更好的性能，但是PCB必須至少要求四層。ADuM6421A可以解決上述所有這些問(wèn)題，它支持兩層PCB，能在500mW負(fù)載條件下，達(dá)到CISPR32的要求，相比四層解決方案，使用ADuM6421A最多可以節(jié)省70%的PCB占用面積，并且使用兩層PCB，還能節(jié)省30%的成本。

　　ADuM6421A的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、小尺寸的2層PCB

　　總結(jié)

　　電源產(chǎn)品中的EMI一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，采用isoPower?芯片級(jí)變壓器技術(shù)的集成隔離電源改變了隔離系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該技術(shù)簡(jiǎn)化了構(gòu)建和驗(yàn)證獨(dú)立隔離電源的過(guò)程，減小了電路板尺寸，并且無(wú)需使用多個(gè)分立器件，就可實(shí)現(xiàn)低EMI設(shè)計(jì)。尤其這款帶隔離數(shù)據(jù)的新一代isoPower解決方案ADuM6421A，具有輻射發(fā)射低、封裝尺寸小和工作溫度高等特性，可滿足安全至關(guān)重要的應(yīng)用需求，以及漏電流要求苛刻、緊湊和密集型設(shè)計(jì)的需求，使用該器件，無(wú)需高成本的EMI抑制技術(shù)，就可為新項(xiàng)目降低認(rèn)證新應(yīng)用的難度。
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