防止各種電子系統(tǒng)和設(shè)計產(chǎn)生虛假電磁干擾(EMI)

當我十幾歲的時候，我的第一份工作就是攢夠錢然后買一個音響，從那天起我的父母似乎每天都在說：“把聲音關(guān)小點兒！”

對，我的確制造了相當大的噪聲?，F(xiàn)在作為一名技術(shù)專家，我每天所關(guān)注的已不再是可以聽到的聲音，而是要想方設(shè)法防止各種電子系統(tǒng)和設(shè)計產(chǎn)生虛假電磁干擾（EMI）。

電磁干擾

EMI是一種有害的電磁信號，它從外部滲透到電子電路中，電磁感應(yīng)、靜電耦合或傳導(dǎo)是產(chǎn)生電磁干擾的原因。本文的重點是如何正確設(shè)計電子解決方案來幫助工程師“降低噪音”，限制汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電磁干擾，讓這類干擾不再是問題。

汽車領(lǐng)域

在汽車創(chuàng)新領(lǐng)域正經(jīng)歷著控制EMI干擾的巨大需求，隨著交通運輸方式的轉(zhuǎn)型，汽車市場預(yù)計將在未來15年翻一番。這種轉(zhuǎn)變的一部分將是電子工業(yè)及其提供前所未有的新服務(wù)能力的副產(chǎn)品。這些創(chuàng)新將依賴于塑造未來的四項關(guān)鍵技術(shù)——ACES，即：

Automation：自動化

Connectivity：互連

Electric：電子

Shared：共享

標準：CISPR

汽車工業(yè)通常遵循的是國際無線電干擾特別委員會（CISPR）的標準，CISPR 25條款中第5類測試標準是汽車標準。隨著混合動力汽車和純電動汽車的發(fā)展，系統(tǒng)、標準和選配功能以及配件等形式的汽車應(yīng)用電子產(chǎn)品將迅速且持續(xù)的發(fā)展，進而推動汽車市場的壯大。

電磁干擾的根源

系統(tǒng)的內(nèi)部和外部都會產(chǎn)生電磁干擾，由于車內(nèi)電子解決方案包含的組件數(shù)目不斷增加，而且它們必須作為一個有機整體運行，而不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生過多的電磁干擾，因此盡量減少個別組件或整體產(chǎn)生的電磁干擾是至關(guān)重要的。車輛內(nèi)部和外部電磁發(fā)射源包括：氣囊、藍牙技術(shù)設(shè)備、控制器網(wǎng)絡(luò)總線（CAN）、防撞系統(tǒng)（比如光探測器和距離感應(yīng)器激光/雷達）、巡航系統(tǒng)、直流電機、電子剎車系統(tǒng)、電子控制單元（ECU）、燃料控制系統(tǒng)、游戲系統(tǒng)、車庫門控制器、全球定位系統(tǒng)（GPS）、點火系統(tǒng)、車載安全系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向、無線電（AM/FM/衛(wèi)星）、遙控門控制系統(tǒng)、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等。

電磁干擾的問題

現(xiàn)代汽車利用的開關(guān)電源會產(chǎn)生電磁干擾，使得周圍的系統(tǒng)暴露在這種不必要的干擾環(huán)境之下。汽車內(nèi)部開關(guān)電源的數(shù)量也在不斷的增加，加上物理尺寸的縮小，空間更加的緊湊，對于高效運轉(zhuǎn)、高溫運行以及壽命更長等需要，所有這些都要求電子產(chǎn)品能夠在這些苛刻的環(huán)境下正常工作。

隨著自動駕駛汽車開始進入市場，EMI問題將變得越來越重要，因為人類駕駛員已經(jīng)將控制權(quán)、路線和安全等都交給了車輛，而車輛及乘客的安全將取決于操作系統(tǒng)。

減少電磁干擾

美國科學(xué)家本杰明?富蘭克林（1705-1795）曾說過一句諺語：“一克（盎司）的預(yù)防勝過一公斤(磅)的治療。”，這句諺語傳達了這樣一個事實：電子工程師應(yīng)該在所有組件都整合在一起之前就考慮電磁干擾問題，因為如果工程師不在開發(fā)前期投入適當?shù)木Γ敲淳鸵陂_發(fā)后期投入更多的精力和成本。

電子工程師通常采用三種主要的方式來降低電磁干擾：第一種方法是要確保電子元件或系統(tǒng)有一定的電磁屏蔽措施，適當?shù)碾姶牌帘伟ㄔ谠O(shè)計中加入導(dǎo)電或磁性材料，作為屏蔽雜散輻射的屏障，法拉第屏蔽是一種常見的方法；其次，工程師可以利用電子過濾，過濾器的作用是阻止不必要的頻率，同時讓所需要的頻率在幾乎沒有影響的情況下通過；最后一種方法是建立適當?shù)慕拥?，接地?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流進入地面提供了一個通道，這是一個低電動勢（電壓）點，這樣有助于減少不必要電荷的過度積累。

下面讓我們來看看兩個完全不同的電子組件如何協(xié)同工作，從而降低噪音并限制汽車系統(tǒng)中的電磁干擾。

解決方案：電源管理IC

為了降低電磁干擾，ADI發(fā)明了專利靜音開關(guān)技術(shù)，使其在高頻、高功率的情況下具有非常棒的屏蔽電磁干擾的性能。靜音開關(guān)技術(shù)將單個大型開關(guān)回路分割成兩個較小的開關(guān)回路，它的原理是相互抵消磁場，就像法拉第屏蔽一樣。

Silent Switcher?2架構(gòu)通過在集成電路（IC）內(nèi)部將外部的電壓循環(huán)電容作為內(nèi)部的旁路電容來簡化電路板的設(shè)計與制造，這樣可以大大降低輻射的電磁干擾。將電容內(nèi)部化可以通過最小化噪聲天線來降低電磁干擾。靜音開關(guān)的組件也是單片穩(wěn)壓器，通過集成的MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）實現(xiàn)高度的集成，所有這些方法都提升了效率，特別是在更高的開關(guān)頻率下使用時。

Silent Switcher?2的超低電磁干擾消除了PCB（印刷電路板）布局的敏感性，而降低解決方案成本的一個方法是最小化所需的PCB層數(shù)，盡管這將對性能產(chǎn)生一定的影響。例如工程師不期望2層電路板產(chǎn)生和4層電路板一樣的電磁干擾，一般情況下采用Silent Switcher?2技術(shù)的2層電路板甚至單層電路板設(shè)計，都具有良好的屏蔽電磁干擾性能，這樣可以大大降低制造成本。

此外靜音開關(guān)提供可選的擴頻調(diào)制，這也有助于降低電磁干擾，靜音開關(guān)和Silent Switcher? 2技術(shù)完全滿足汽車系統(tǒng)對屏蔽電磁干擾的要求。

SoC器件電源設(shè)計

SoC器件在當今的汽車系統(tǒng)應(yīng)用中隨處可見，例如信息娛樂系統(tǒng)、攝像機、防撞系統(tǒng)、安全和預(yù)警設(shè)備以及傳感器需要處理的信息越來越多。處理過程必須在高效且獨立運行的系統(tǒng)中進行，不需要額外的功率驅(qū)動，但它要求高效率。由于SoC器件處理的任務(wù)越來越多而且要消耗更大的功率，這可能使得電磁干擾管理變得困難。

新型的高科技汽車系統(tǒng)可能集成了很多不同類型的ARM架構(gòu)處理器核心、數(shù)字信號處理器（DSP）、視頻和圖形處理器以及輔助支持器件。這些組件都需要可靠的電源驅(qū)動，需要的電壓包括：5v、3.3v、1.8v、1.2v、1.1v和0.8v。

為了滿足目前SoC器件的需求，傳統(tǒng)的開關(guān)電源控制器采用的是MOSFET器件，單片機之所以引人注意是因為其內(nèi)部的MOSFET可以將成本和解決方案尺寸降至最低，但是其電流和散熱能力通常會限制其使用范圍。LT8650S是一款全新的單片降壓靜音開關(guān)穩(wěn)壓器，具備支持當前SoC應(yīng)用性能和熱管理的能力。