EMI 知识全解：标准、成因，更有 TI 缓解技术助您攻克难关！
时间：2021-08-19 16:31:50
[导读]点击上方蓝字关注我们！工业、汽车与个人运算应用中的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能，因此在封装各种不同电路时皆采取近封装距离。有鉴于前述限制，降低电磁干扰(EMI)影响也逐渐成为重要的系统设计考虑。图1所示的车用摄影机模块就是这类多功能系统其中一个范例，该...
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工业、汽车与个人运算应用中的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能，因此在封装各种不同电路时皆采取近封装距离。有鉴于前述限制，降低电磁干扰 (EMI) 影响也逐渐成为重要的系统设计考虑。图 1 所示的车用摄影机模块就是这类多功能系统其中一个范例，该模块内的两百万像素成像组件、4 Gbps 的串联器及四通道电源管理集成电路 (PMIC) 皆以近距离封装在一起。如此会使复杂度和密度随之提升并带来副作用，也就是使成像组件与讯号处理组件紧邻 PMIC，而 PMIC 带有高电流与电压。除非在设计期间能够小心留意，否则前述的配置方式势必会导致一系列电路对敏感组件的功能造成电磁干扰。图 1：车用摄影机模块电磁干扰 (EMI) 可能会以两种方式显现。例如连接相同电源供应器的无线电和电机钻就是一例，如图 2 所示。在本例中，敏感无线电系统的运作会透过传导方式受到电机影响，因为这两者共享相同的电源插座。电机也会透过电磁辐射对无线电的功能造成影响，因为前述电磁辐射会透过空气耦合，并受到无线电天线接收。
终端设备制造商整合不同来源的组件时，唯一能确保干扰电路和敏感电路可和平共存并正确运作的方法，就是建立一套共享规则，针对干扰电路设定干扰程度的限制，且敏感电路必须能够处理该程度的干扰。图 2：通过传导和电磁方式造成的电磁干扰
共享 EMI 标准用于限制干扰的规定采用业界标准规格建立，例如适用汽车产业的国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25，以及适用多媒体设备的 CISPR 32。CISPR 标准是 EMI 设计的重要关键，因其可决定任何 EMI 降低技术的目标性能。CISPR 标准可根据干扰模式分类为传导式限制和辐射式限制，如图 3 所示。图 3 图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制，这是使用标准 EMI 测量设备进行测量时，受测装置所能容许的上限。图 3：传导式和辐射式 EMI 的一般标准
EMI 的成因若要建立兼容于 EMI 标准的系统，需要清楚了解 EMI 的主要成因。现代电子系统中，最常见的电路之一就是硬式切换电源供应器 (SMPS)，可在多数应用中透过线性稳压器大幅提升效率。但这样的效率必须付出代价，因在 SMPS 中切换功率场效应晶体管，会使其成为主要 EMI 来源。
如图 4 所示，在 SMPS 中进行切换的本质，会导致产生非连续输入电流、在切换节点的高边缘速率，以及电源回路中因寄生电感而在切换边缘产生的其他振铃。非连续电流会影响 <30 MHz 频带的 EMI，而在切换节点的高边缘速率以及振铃则会影响 30 至 100 MHz 频带的 EMI，以及 >100 MHz 之频带的 EMI。图 4：SMPS 运作期间的主要 EMI 来源
降低 EMI 的传统和进阶技术在传统设计中，主要使用两种方法降低切换转换器产生的 EMI，而两种方法都会造成相关的损失。为了处理低频率 (<30 MHz) 排放并符合适用标准，会在切换转换器的输入处放置大型被动滤波器，造成解决方案更为昂贵、功率密度更低。
而一般降低高频率排放的方式，则是透过有效的闸极驱动器设计来降低切换边缘速率。虽然这么做有助降低 >30 MHz 之频带的 EMI，但是降低的边缘速率会导致切换损失增加，进而使解决方案的效率降低。换句话说，为了实现低 EMI 的解决方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
为了免除取舍的需要并且一并获得高功率密度、高效率以及低 EMI 的优势，TI 在设计 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切换转换器和控制器时，加入了多种技术，如图 5 所示。前述技术包含展频、主动 EMI 滤波、抵销线圈、封装创新、整合式输入旁路电容器及真实电压转换率控制方法等，且这些技术都经过设计，针对所需的特定频带量身打造。图 5：TI 的功率转换器和控制器为了大幅降低 EMI 而采用的技术
结论设计低 EMI 可显著缩短开发周期时间，并可减少机板面积和解决方案成本。TI 提供多种可降低 EMI 的功能与技术。以 TI 经过 EMI 优化的电源管理产品来运用不同技术组合，可确保使用 TI 组件的设计通过业界标准而无需过多重做。希望本信息和相关内容能简化您的设计程序，并且让您能在不牺牲功率密度或效率的情况下，将终端设备维持在 EMI 限制内。延展阅读资源免费下载 | 如何通过节省时间和成本的创新技术降低电源中的 EMI？如何通过集成式有源EMI滤波器降低EMI并缩小电源尺寸？
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工业、汽车与个人运算应用中的电子系统愈发密集且互相连接。为了改善这类系统的尺寸和功能，因此在封装各种不同电路时皆采取近封装距离。有鉴于前述限制，降低电磁干扰 (EMI) 影响也逐渐成为重要的系统设计考虑。图 1 所示的车用摄影机模块就是这类多功能系统其中一个范例，该模块内的两百万像素成像组件、4 Gbps 的串联器及四通道电源管理集成电路 (PMIC) 皆以近距离封装在一起。如此会使复杂度和密度随之提升并带来副作用，也就是使成像组件与讯号处理组件紧邻 PMIC，而 PMIC 带有高电流与电压。除非在设计期间能够小心留意，否则前述的配置方式势必会导致一系列电路对敏感组件的功能造成电磁干扰。图 1：车用摄影机模块电磁干扰 (EMI) 可能会以两种方式显现。例如连接相同电源供应器的无线电和电机钻就是一例，如图 2 所示。在本例中，敏感无线电系统的运作会透过传导方式受到电机影响，因为这两者共享相同的电源插座。电机也会透过电磁辐射对无线电的功能造成影响，因为前述电磁辐射会透过空气耦合，并受到无线电天线接收。终端设备制造商整合不同来源的组件时，唯一能确保干扰电路和敏感电路可和平共存并正确运作的方法，就是建立一套共享规则，针对干扰电路设定干扰程度的限制，且敏感电路必须能够处理该程度的干扰。
图 2：通过传导和电磁方式造成的电磁干扰共享 EMI 标准用于限制干扰的规定采用业界标准规格建立，例如适用汽车产业的国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25，以及适用多媒体设备的 CISPR 32。CISPR 标准是 EMI 设计的重要关键，因其可决定任何 EMI 降低技术的目标性能。CISPR 标准可根据干扰模式分类为传导式限制和辐射式限制，如图 3 所示。图 3 图表中的长条代表最大的传导式和辐射式排放限制，这是使用标准 EMI 测量设备进行测量时，受测装置所能容许的上限。
图 3：传导式和辐射式 EMI 的一般标准EMI 的成因若要建立兼容于 EMI 标准的系统，需要清楚了解 EMI 的主要成因。现代电子系统中，最常见的电路之一就是硬式切换电源供应器 (SMPS)，可在多数应用中透过线性稳压器大幅提升效率。但这样的效率必须付出代价，因在 SMPS 中切换功率场效应晶体管，会使其成为主要 EMI 来源。
如图 4 所示，在 SMPS 中进行切换的本质，会导致产生非连续输入电流、在切换节点的高边缘速率，以及电源回路中因寄生电感而在切换边缘产生的其他振铃。非连续电流会影响 <30 MHz 频带的 EMI，而在切换节点的高边缘速率以及振铃则会影响 30 至 100 MHz 频带的 EMI，以及 >100 MHz 之频带的 EMI。
图 4：SMPS 运作期间的主要 EMI 来源降低 EMI 的传统和进阶技术在传统设计中，主要使用两种方法降低切换转换器产生的 EMI，而两种方法都会造成相关的损失。为了处理低频率 (<30 MHz) 排放并符合适用标准，会在切换转换器的输入处放置大型被动滤波器，造成解决方案更为昂贵、功率密度更低。
而一般降低高频率排放的方式，则是透过有效的闸极驱动器设计来降低切换边缘速率。虽然这么做有助降低 >30 MHz 之频带的 EMI，但是降低的边缘速率会导致切换损失增加，进而使解决方案的效率降低。换句话说，为了实现低 EMI 的解决方案，注定需在功率密度和效率上做出取舍。
为了免除取舍的需要并且一并获得高功率密度、高效率以及低 EMI 的优势，TI 在设计 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切换转换器和控制器时，加入了多种技术，如图 5 所示。前述技术包含展频、主动 EMI 滤波、抵销线圈、封装创新、整合式输入旁路电容器及真实电压转换率控制方法等，且这些技术都经过设计，针对所需的特定频带量身打造。
图 5：TI 的功率转换器和控制器为了大幅降低 EMI 而采用的技术结论设计低 EMI 可显著缩短开发周期时间，并可减少机板面积和解决方案成本。TI 提供多种可降低 EMI 的功能与技术。以 TI 经过 EMI 优化的电源管理产品来运用不同技术组合，可确保使用 TI 组件的设计通过业界标准而无需过多重做。希望本信息和相关内容能简化您的设计程序，并且让您能在不牺牲功率密度或效率的情况下，将终端设备维持在 EMI 限制内。延展阅读资源免费下载 | 如何通过节省时间和成本的创新技术降低电源中的 EMI？如何通过集成式有源EMI滤波器降低EMI并缩小电源尺寸？
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