在全体设计周期中，电源设计常日基本处于设计过程的末了阶段，设计职员须要努力将繁芜的电源挤进更紧凑的空间，这使问题变得更加繁芜，非常令人沮丧。为了按时完成设计，只能在性能方面做些让步，把问题丢给测试和验证环节去处理。大略、高性能和解决方案尺寸三个考虑成分常日相互冲突：只能优先考虑一两个，而放弃第三个，尤其当设计期限附近时。捐躯一些性能变得司空见惯；实在不应该是这样的。
本文首先概述了在繁芜的电子系统中电源带来的严重问题：即EMI，常日简称为噪声。电源会产生EMI，必须加以办理，那么问题的根源是什么？常日有何缓解方法？文章先容减少EMI的策略，提出了一种办理方案，能够减少EMI、保持效率，并将电源放入有限的办理方案空间中。
1、什么是EMI？
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电磁滋扰是会滋扰系统性能的电磁旗子暗记。这种滋扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对汽车、医疗以及测试与丈量设备制造商来说，是一项关键设计寻衅。
上面提到的许多限定和不断提高的电源性能哀求（功率密度增加、开关频率更高以及电流更大）只会扩大EMI的影响，因此亟需办理方案来减少EMI。
许多行业都哀求必须知足EMI标准，如果在设计初期不加以考虑，则会严重影响产品的上市韶光。
2、EMI耦合类型
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EMI是电子系统中的滋扰源与吸收器（即电子系统中的一些元件）耦合时所产生的问题。EMI按其耦合介质可归类为：传导或辐射。
传导EMI（低频，450 kHz至30 MHz）
传导EMI通过寄生阻抗以及电源和接地连接以传导办法耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器件或电路。传导EMI可以进一步分为共模噪声和差模噪声。
共模噪声通过寄生电容和高dV/dt （C × dV/dt）进行传导。它通过寄生电容沿着任意旗子暗记（正或负）到GND的路径传输，如图1所示。
DifferenTIal-mode noise is conducted via parasiTIc inductance （magneTIc coupling） and a high di/dt （L × di/dt）。
差模噪声通过寄生电感（磁耦合）和高di/dt （L × di/dt）进行传导。
图1.差模和共模噪声
辐射EMI（高频，30 MHz 至1 GHz）
辐射EMI是通过磁场能量以无线办法传输到待测器件的噪声。在开关电源中，该噪声是高di/dt与寄生电感耦合的结果。辐射噪声会影响临近的器件。
3、EMI掌握技能
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办理电源中EMI干系问题的范例方法是什么？首先，确定EMI便是一个问题。这看似很显而易见，但是确定其详细情形可能非常耗时，由于它须要利用EMI测试室（并非随处都有），以便对电源产生的电磁能量进行量化，并确定该电磁能量是否符合系统的EMI标准哀求。
假设经由测试，电源会带来EMI问题，那么设计职员将面临通过多种传统的校正策略来减少EMI的过程，个中包括：
在尽可能小的电路板空间中实现高效率。良好的热性能。布局优化：精心的电源布局与选择得当的电源组件同样主要。成功的布局很大程度上取决于电源设计职员的履历水平。布局优化实质上是个迭代过程，履历丰富的电源设计职员有助于最大限度地减少迭代次数，从而避免延误韶光和产生额外的设计本钱。问题是：内部职员每每不具备这些履历。缓冲器：一些设计职员会提前方案并为大略的缓冲器电路（从开枢纽关头点到GND的大略RC滤波器）供应占位面积。这样可以抑制开枢纽关头点的振铃征象（一项产生EMI的成分），但是这种技能会导致损耗增加，从而对效率产生负面影响。降落边沿速率：减少开枢纽关头点的振铃也可以通过降落栅极导通的压摆率来实现。不幸的是，与缓冲器类似，这会对全体系统的效率产生负面影响。展频（SSFM）：许多ADI公司的Power by Linear™开关稳压器都供应该特性，它有助于产品设计通过严格的EMI测试标准。采取SSFM技能，在已知范围内（例如，编程频率fSW高下±10%的变革范围）对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率范围内。滤波器和屏蔽：滤波器和屏蔽总是会占用大量的本钱和空间。它们也使生产繁芜化。以上所有制约方法都可以减少噪声，但是它们也都存在毛病。最大限度地减少电源设计中的噪声常日能够彻底办理问题，但却很难实现。ADI公司的Silent Switcher®和Silent Switcher 2稳压器在稳压器端实现了低噪声，从而无需额外的滤波、屏蔽或大量布局迭代。由于不必采取昂贵的反制方法，加快了产品上市韶光并节省大量的本钱。
最大限度地减小电流回路
为了减少EMI，必须确定电源电路中的热回路（高di/dt回路）并减少其影响。热回路如图2所示。在标准降压转换器的一个周期内，当M1关闭而M2打开时，互换电流沿着蓝色回路流动。在M1打开而M2关闭的关闭周期中，电流沿着绿色回路流动。产生最高EMI的回路并非完备直不雅观可见，它既不是蓝色回路也不是绿色回路，而是传导全开关互换电流（从零切换到IPEAK，然后再切换回零）的紫色回路。该回路称为热回路，由于它的互换和EMI能量最大。
导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感。要减少EMI并改进功能，须要只管即便减少紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射骚扰随其面积的增加而增加，因此，如果可能的话，将热回路的PC面积减小到零，并利用零阻抗空想电容可以办理该问题。
图2.降压转换器的热回路
利用Silent Switcher稳压器实现低噪声磁场抵消
虽然不可能完备肃清热回路区域，但是我们可以将热回路分成极性相反的两个回路。这可以有效地形成局部磁场，这些磁场在距IC任意位置都可以有效地相互抵消。这便是Silent Switcher稳压器背后的观点。
图3.Silent Switcher稳压器中的磁场抵消
倒装芯片取代键合线
改进EMI的另一种方法是缩短热回路中的导线。这可以通过放弃将芯片连接至封装引脚的传统键合线方法来实现。在封装中倒装硅芯片，并添加铜柱。
通过缩短内部FET到封装引脚和输入电容的间隔，可以进一步缩小热回路的范围。
图4.LT8610键合线的拆解示意图
图5.带有铜柱的倒装芯片
Silent Switcher与Silent Switcher 2
图6.范例的Silent Switcher运用事理图及其在PCB上的外不雅观
图6显示了利用Silent Switcher稳压器的一个范例运用，可通过两个输入电压引脚上的对称输入电容来识别。布局在该方案中非常主要，由于Silent Switcher技能哀求尽可能将这些输入电容对称支配，以便发挥场相互抵消的上风。否则，将损失Silent Switcher技能的上风。
当然，问题是如何确保在设计及全体生产过程中的精确布局。答案便是Silent Switcher 2稳压器。
Silent Switcher 2
Silent Switcher 2稳压器能够进一步减少EMI。通过将电容（VIN电容、INTVCC和升压电容）集成到LQFN封装中，肃清了EMI性能对PCB布局的敏感性，从而可以放置到尽可能靠近引脚的位置。所有热回路和接地层都在内部，从而将EMI降至最低，并使办理方案的总占板面积更小。
图7.Silent Switcher运用与Silent Switcher 2运用框图
图8.去封的LT8640S Silent Switcher 2稳压器
Silent Switcher 2技能还可以改进热性能。LQFN倒装芯片封装上的多个大尺寸接地袒露焊盘有助于封装通过PCB散热。肃清高电阻键合线还可以提高转换效率。在进行EMI性能测试时，LT8640S 能知足CISPR 25 Class 5峰值限定哀求，并且具有较大的裕量。
µModule Silent Switcher稳压器
借助开拓Silent Switcher产品组合所得到的知识和履历，并合营利用现有的广泛µModule®产品组合，使我们供应的电源产品易于设计，同时知足电源的某些主要指标哀求，包括热性能、可靠性、精度、效率和良好的EMI性能。
图9所示的LTM8053集成了可实现磁场抵消的两个输入电容以及电源所需的其他一些无源组件。所有这些都通过一个 6.25 mm × 9 mm × 3.32 mm BGA封装实现，让客户可以专心完成电路板的其他部分设计。
图9.LTM8053 Silent Switcher袒露芯片及EMI结果
无需LDO稳压器——电源案例研究
范例的高速ADC须要许多电压轨，个中一些电压轨噪声必须非常低才能实现ADC数据表中的最高性能。
为了在高效率、小尺寸板空间和低噪声之间达成平衡，普遍接管的办理方案是将开关电源与LDO后置稳压器结合利用，如图10所示。开关稳压器能够以更高效率实现更高的降压比，但噪声相对也较大。低噪声LDO后置稳压器效率相对较低，但它可以抑制开关稳压器产生的大部分传导噪声。尽可能减小LDO后置稳压器的降压比有助于提高效率。
这种组合能产生干净的电源，从而使ADC以最高性能运行。但问题在于多个稳压器会使布局更繁芜，并且LDO后置稳压器在较高负载下可能会产生散热问题。
图10.为 AD9625 ADC供电的范例电源设计
图10所示的设计显然须要进行一些权衡取舍。在这种情形下，低噪声是优先考虑事变，因此效率和电路板空间必须做些让步。但大概不必如此。最新一代的Silent Switcher µModule器件将低噪声开关稳压器设计与µModule封装相结合，能够同时实现易设计、高效率、小尺寸和低噪声的目标。
这些稳压器不仅尽可能减少了电路板占用空间，而且实现了可扩展性，可利用一个µModule稳压器为多个电压轨供电，进一步节省了空间和韶光。图11显示了利用LTM8065 Silent Switcher µModule稳压器为ADC供电的电源树替代方案。
图11.利用Silent Switcher µModule稳压器为AD9625供电，可节省空间的办理方案
这些设计都已经由相互测试比较。图10和图11所示电源设计的ADC性能进行测试和比较1。测试包括以下三种配置：
利用开关稳压器和LDO稳压器为ADC供电的标准配置。利用LTM8065直接为ADC供电，不进行进一步的滤波。利用LTM8065和额外的输出LC滤波器，进一步净化输出。测得的SFDR和SNRFS结果表明，LTM8065可用于直接为ADC供电，并不会影响ADC的性能。
这个履行方案的核心上风是大大减少了元件数量，从而提高了效率，简化了生产并减少了电路板占位空间。
小结
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总之，随着更多系统级设计须要知足更加严格的规范，尽可能充分利用模块化电源设计变得至关主要，尤其在电源设计专业履历有限的情形下。
由于许多细分市场哀求系统设计必须符合最新的EMI规范哀求，因此将Silent Switcher技能利用于小尺寸设计，同时借助µModule稳压器大略易用的特性，可以大大缩短产品上市韶光，同时还可以节省电路板空间。
Silent Switcher µModule稳压器的上风：
节省PCB布局设计韶光（无需重新设计电路板即可办理噪声问题）。无需额外的EMI滤波器（节省元件和电路板空间本钱）。降落了内部电源专家进行电源噪音调试的需求。在宽事情频率范围内供应高效率。为噪声敏感型器件供电时，无需利用LDO后置稳压器。缩短设计周期。在尽可能小的电路板空间中实现高效率。良好的热性能。文章整理自网络，如有侵权 请联系删除
