1.前言

設計人員通常在汽車系統(tǒng)中使用多個 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器來支持多個電源軌。然而，在選擇這些類型的降壓轉(zhuǎn)換器時有幾個考慮因素。例如，我們需要為汽車信息娛樂系統(tǒng)/音響主機選擇高開關頻率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（工作頻率高于 2MHz）以避免干擾無線電 AM 頻段，我們還需要通過選擇相對較小的電感器來減小解決方案尺寸。此外，高開關頻率 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器還有助于降低輸入電流紋波，以優(yōu)化輸入電磁干擾 (EMI) 濾波器的尺寸。

在汽車環(huán)境中，常常在重視散熱和效率的區(qū)域采用開關穩(wěn)壓器來取代線性穩(wěn)壓器。此外，開關穩(wěn)壓器一般是輸入電源總線上的第一個有源組件，因此對整個轉(zhuǎn)換器電路的 EMI 性能有顯著影響。

EMI 輻射有兩種類型：傳導型和輻射型。傳導型 EMI 取決于連接到一個產(chǎn)品的導線和電路走線。既然噪聲局限于方案設計中特定的終端或連接器，那么通過前述的良好布局或濾波器設計，常常在開發(fā)過程的早期，就可以保證符合傳導型 EMI 要求。

然而，輻射型 EMI 卻另當別論了。電路板上攜帶電流的所有組成部分都輻射一個電磁場。電路板上的每一條走線都是一個天線，每一個銅平面都是一個諧振器。除了純正弦波或 DC 電壓，任何信號都產(chǎn)生覆蓋整個信號頻譜的噪聲。即使經(jīng)過仔細設計，在系統(tǒng)接受測試之前，設計師也永遠不會真正知道輻射型 EMI 將有多么嚴重。而且在設計基本完成以前，不可能正式進行輻射 EMI 測試。

然而，對于試圖為汽車構建最新系統(tǒng)的主要汽車原始設計制造商 (ODM) 而言，遵守所需的 EMI 標準至關重要。要求非常嚴格，制造商必須遵守Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 等標準。在許多情況下，如果制造商不符合標準，汽車制造商將無法接受該設計。

因此，為 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器選擇布局是關鍵。優(yōu)化大電流流經(jīng)的電源回路對于實現(xiàn)良好的 EMI 性能非常關鍵。

 2.如何在PCB布局中減少EMI

以 LMR14030-Q1 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器為例，圖 1 和圖 2 顯示了雙通道降壓轉(zhuǎn)換器的兩種不同印刷電路板 (PCB) 布局。紅線顯示了功率回路在布局中的流動方式。圖1中電源回路的流向為U型，圖2中為I型。這兩種布局在汽車和工業(yè)應用系統(tǒng)中最為常見。那么哪個更好呢？

圖 1：U 型布局

圖 2：I 型布局

傳導 EMI 細分為差模和共模類別，因為這兩種模式的測量方式相似，但通過不同的方法進行控制。差模噪聲源自電流變化率 (di/dt)，而共模噪聲源自電壓變化率 (dv/dt)。EMI 性能的關鍵在于如何使寄生電感盡可能小。

圖 3 是降壓穩(wěn)壓器的等效電路。大多數(shù)設計人員都知道如何使 Lp1、Lp3、Lp4 和 Lp5 盡可能小，但忽略了 Lp2 和 Lp6。與 I 型布局相比，U 型布局在 Lp2 和 Lp6 上的寄生電感較小。在 U 型布局中，當高端金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 導通時，更短的功率環(huán)路將有助于提高 EMI 性能。

圖 3：降壓穩(wěn)壓器等效電路

為了驗證最佳布局是什么，測量 EMI 數(shù)據(jù)是必不可少的。圖 4 和圖 5 比較了傳導 EMI。如我們所見，U 型布局的 EMI 性能優(yōu)于 I 型布局的 EMI 性能，尤其是在高頻下。

圖 4：相移模式下的 U 型 EMI 性能

圖 5：相移模式下的 I 型 EMI 性能

添加濾波器是提高 EMI 性能的有效方法。圖 6 顯示了一個簡化的 EMI 濾波器，其中包括一個共模 (CM) 濾波器和一個差模 (DM) 濾波器。通常，DM 過濾小于 30MHz 的噪聲，CM 過濾 30MHz 至 100MHz 的噪聲。兩個濾波器都會對需要限制 EMI 的整個頻段產(chǎn)生影響。圖 7 和圖 8 比較了共模濾波器和差模濾波器的傳導 EMI。U型布局可以通過CISPR 25 Class 3標準，但I型布局不能。

圖 6：簡化的 EMI 濾波器

圖 7：使用 DM 和 CM 濾波器的 U 型 EMI 性能

圖 8：使用 DM 和 CM 濾波器的 I 型 EMI 性能

如我們所見，U 型布局比 I 型布局實現(xiàn)了更好的 EMI 性能。選擇合適的PCB布局就能起到良好的效果。