使用扩频技术解决车辆电源EMI的开关噪声问题

扩频是一种与开关稳压器相关的技术，可抑制来自感兴趣频带的不需要的噪声，并将其推入噪声不会干扰系统的区域，或者更容易处理的区域。

尽管该技术不能消除系统中的噪声——它仅用于避开关键频段——但使用扩频是目前的行业趋势，主要是由日益复杂的系统和更高水平的集成需求推动的，导致跨复杂多层设计的系统之间的更多交互。最明显的例子是汽车中电子控制单元 (ECU) 数量的增加以及线束的复杂性增加。线束需要以越来越高的水平承载信号、电力和通信。

现代电源工程师发现他的办公桌上出现了更新的规格，特定频段的噪声抑制变得越来越严格，并且目标越来越低以迎合系统复杂性的增加。许多人将扩频技术视为一种解决方案，因为它可以消除峰值噪声并使电源设计符合目标噪声规范。

扩频在其实现中绝不是一个简单的答案;我们还必须考虑几种调制技术。该技术包括伪随机、三角和锯齿等方法，以及基频的抖动百分比和抖动的偏差或重复率。所有这些旋钮对噪声都有某种额外的和可能不需要的影响。

图 1 显示了使用扩频技术抑制噪声和添加了汽车标准 CISPR 25，第 5 类作为比较的基础。图 1 显示的是抑制基波谐波频带(在本例中为 2.1 MHz)中的噪声。我们可以清楚地看到噪声被抑制，高于基频。抑制较高频率的噪声可简化电源设计，并提高满足噪声目标的能力。

但是，如果我们查看次谐波，我们会发现噪声已经增长，虽然它仍然符合 CISPR 25 标准的规范，但它可能会导致 AM 频段出现问题。必须使用数字信号处理器 (DSP) 来消除 AM 频段中的这种不需要的噪声——或者更糟糕的是，它仍然可以听到。这种 AM 干扰在信息娱乐等系统中非常没有吸引力，并且可能意味着更复杂的输入数字滤波器。因此，它并没有消除问题，而是将其推到设计的另一部分，从模拟设计工程师到数字设计工程师。

图 1：传导频带 CISPR 25，5 类，带和不带扩频

所以，你可以做什么?简单的答案是首先停止噪音。通过使用针对噪声抑制而调整的集成电路 (IC) 技术和良好的印刷电路板 (PCB) 布局技术，可以限制问题。如果你不产生噪音或者你可以限制它，那么你不需要抑制它;或者也许我们可以将其抑制在较不激进的水平，以便其他技术更有益。仅在好处已知且不影响其他电路和设计的情况下谨慎使用扩频。

TI 的PMP9458参考设计(图 2)就是如何为低噪声设计电源的一个很好的例子。“用于汽车集群单元的 CISPR 25 Class 5 额定 14W 多输出电源”参考设计特意在同一印刷电路板上同时使用 sub-AM 波段(低于 1 MHz)和高频(高于 2 MHz)开关稳压器. 它还使用了 ASYNC 和 SYNC 产品的组合，这些产品在 IC 级设计以抑制噪声。请记住从一开始就使用良好的布局技术来抑制噪声。

在可以使设计工程师的系统性能受益的系统中使用时，我认为扩频技术既是头痛药片，也是维生素药片，具体取决于使用时间。良好的 PCB 设计和组件选择将对我们的设计结果产生同样的影响，使整个系统解决方案受益，并且可能不会将问题推向不同的领域。在实施之前，我会仔细考虑这些技术的好处。

图 2： LM26003 -q1和LM26420-q1的PMP9458参考设计