汽車(chē)DCDC EMI（中）之芯片 EMI 優(yōu)化設(shè)計(jì)

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上期回顧：汽車(chē)DCDC EMI（上）之噪聲源分析

本期內(nèi)容

各位“攻城獅”朋友們，上一期我們分析了汽車(chē) DCDC 的EMI兩大噪聲源，接下來(lái)讓我們來(lái)討論大家非常關(guān)心的汽車(chē)DCDC EMI優(yōu)化。

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一個(gè)DCDC系統(tǒng)能夠通過(guò)嚴(yán)苛的CISPR 25 ，離不開(kāi)兩點(diǎn)：

• 需要一個(gè)EMI性能優(yōu)秀的電源芯片

• 豐富的系統(tǒng)EMI設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

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《汽車(chē)電子DCDC芯片的EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)》

圖1

本期我們將從芯片設(shè)計(jì)角度出發(fā)，討論下DCDC具備哪些特點(diǎn)，EMI性能才比較優(yōu)秀。

大家知道DCDC的兩大噪聲源是di/dt噪聲和dv/dt噪聲，今天我們還是從這兩大噪聲源出發(fā)，來(lái)討論下芯片設(shè)計(jì)是怎樣優(yōu)化這兩大噪聲源的。

di/dt 共模噪聲的優(yōu)化

前面的電源小課堂我們分析了，寄生電感Lp對(duì)di/dt高頻共模噪聲影響較大，Lp 越大，di/dt的高頻共模噪聲就越大，反之越小。

圖2（點(diǎn)擊圖片放大）

那么Lp在電路中是怎么產(chǎn)生的呢？

大家知道，任何走線都會(huì)產(chǎn)生寄生電感，這個(gè)寄生電感包含兩部分PCB走線Lpb 以及芯片封裝Lpc，如下圖:

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《汽車(chē)電子DCDC芯片的EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)》

圖3

所以減小Lp ，其實(shí)就變成：怎樣減小高頻電流環(huán)的面積，方法如下：

01

芯片同步設(shè)計(jì)

且Vin和GND 管腳要靠近

如圖所示，將上下管集成到芯片里邊去，同時(shí)Vin和GND pin 腳足夠近：

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《汽車(chē)電子DCDC芯片的EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)》

圖4

這樣CIN電容可以非?？拷酒模哳l電流環(huán)足夠小，PCB走線帶來(lái)的寄生電感Lpb也可以控制的較小。

例如，我們明星產(chǎn)品MPQ4572就是這樣的設(shè)計(jì)：

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圖5

看下MPQ4572的Layout，可以很方便地將高頻環(huán)路，控制到紅圈以內(nèi)，寄生電感可以做到最小。

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圖6

02

第二芯片采用flip clip封裝

減小內(nèi)部寄生電感Lpc

常用的封裝有兩種方式：

• 一種是打線工藝，用金屬線將晶圓和封裝焊盤(pán)連接的方式，由于很長(zhǎng)的Bonding線將產(chǎn)生很大的寄生電感

• 另一種是倒裝工藝，采用銅柱子連接晶圓和封裝引腳，銅柱子短且粗，寄生電感將大大降低

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圖7

03

芯片VIN/GND高頻電流環(huán)對(duì)稱設(shè)計(jì)

di/dt除了產(chǎn)生差模共模噪聲外，還會(huì)產(chǎn)生近場(chǎng)磁場(chǎng)耦合問(wèn)題，由于輸入測(cè)試的線束上有寄生電感，di/dt產(chǎn)生的磁場(chǎng)，很容易耦合到輸入線束上，從而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

圖8（點(diǎn)擊圖片放大）

為了優(yōu)化近場(chǎng)磁場(chǎng)的耦合，可以將輸入高頻電流環(huán)對(duì)稱設(shè)計(jì)。

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《汽車(chē)電子電源設(shè)計(jì)及EMI精講》

圖9

對(duì)稱的高頻電流環(huán)，電流向正好相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也相反，磁場(chǎng)可以相互抵消，可以減小近場(chǎng)磁場(chǎng)的EMI耦合。我們的明星產(chǎn)品MPQ4436A的輸入管腳就是對(duì)稱設(shè)計(jì)的。

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圖10

dv/dt 共模噪聲的優(yōu)化

上一期電源小課堂我們分析了dv/dt產(chǎn)生的是一個(gè)共模噪聲那么針對(duì)dv/dt共模噪聲的抑制，比較好的辦法是減小dv/dt了。

一般DCDC都有BST控制電路，可以利用BST電路來(lái)減小上管開(kāi)通時(shí)間。BST 電路是用來(lái)給上管驅(qū)動(dòng)供電的（上管Q1 Gate供電來(lái)自BST 電容），在BST 電容上串一個(gè)限流電阻，可以減小驅(qū)動(dòng)電流，從而減緩上管開(kāi)通速度。

圖11（點(diǎn)擊圖片放大）

我們來(lái)看一個(gè)對(duì)比，不同上管開(kāi)通時(shí)間，SW波形的變化，更緩的開(kāi)關(guān)速度，不僅dt變大了，而且也減小了dv，從而dv/dt噪聲將成倍數(shù)降低。

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《揭開(kāi)DCDC EMI中Layout的“神秘面紗”》

圖12

抖頻技術(shù)來(lái)優(yōu)化EMI

抖頻技術(shù)是將固定的開(kāi)關(guān)頻率按照一定的規(guī)律將頻率分散在一定范圍變化，這樣可以減小基頻以及倍頻的EMI噪聲。

我們來(lái)看看開(kāi)抖頻和關(guān)抖頻，EMI測(cè)試的比較，抖頻對(duì)傳導(dǎo)全頻段都有較大幫助。

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《揭開(kāi)DCDC EMI中Layout的“神秘面紗”》

圖13

綜合以上討論，如果一個(gè)電源芯片具備以下6點(diǎn)功能，這顆芯片的EMI性能將非常出色。當(dāng)然，有些芯片不能同時(shí)具備以下6點(diǎn)，那么1/2/5是基礎(chǔ)的要求：

1. 同步集成上下管2. VIN/GND pin 腳臨近設(shè)計(jì)3. 采用倒裝的封裝工藝4. VIN/GND 高頻電流環(huán)對(duì)稱設(shè)計(jì)5. BST電路設(shè)計(jì)6. 抖頻功能

今天我們介紹了電源芯片本身跟EMI性能相關(guān)的特點(diǎn)，希望對(duì)大家選擇車(chē)規(guī)級(jí)DCDC芯片時(shí)，有一定的幫助，我們下期將帶來(lái)汽車(chē)DCDC 系統(tǒng)EMI優(yōu)化設(shè)計(jì)， 請(qǐng)大家持續(xù)關(guān)注MPS電源小課堂。

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汽車(chē)DCDC EMI（上）之噪聲源分析

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往期精彩回顧

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電源小課堂第四季第三話：汽車(chē)DCDC EMI（上）之噪聲源分析

電源小課堂第四季第二話：乾坤大挪移 雙極性步進(jìn)電機(jī)如何應(yīng)對(duì)失步和堵轉(zhuǎn)問(wèn)題（下篇）

電源小課堂第四季第一話：乾坤大挪移 雙極性步進(jìn)電機(jī)如何應(yīng)對(duì)失步和堵轉(zhuǎn)問(wèn)題（上篇）

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