克服传统电源EMC布局敏感性，Silent Switcher 2完美解决汽车EMI

汽车的创新 70%于汽车电子产品，电子产品成本占整车比例已经从上世纪70年代的4%成长到现在的30%左右，随着自动驾驶和电动化的发展趋势演进，业界预期到2030年该比例将可达到50%。

汽车电子系统比重的增加显著提高了汽车整车的舒适性、安全性和环保，但也让汽车设计变得更加复杂。例如，预计随着L4级及以上等级的自动驾驶汽车软件达数千万行代码，当然硬件设计必然更加复杂，特别是对于确保硬件稳定可靠性的EMC要求将更严格。事实上，汽车电子系统对于供应商提供的芯片和印制电路板的电磁辐射特性要求特别高，SAE(原汽车工程师协会)已经定义测试规范并建立满足电磁兼容和电磁干扰的需求，并对其进行了不断的完善。

在汽车系统中，满足电磁干扰要求是一项重大挑战。EMI 性能很大程度上依赖于电路板的布局和类型，常常需要反复进行多次印刷电路板的设计，这会导致高昂的研发成本和长时间的开发周期。电源作为EMI的贡献“大户”，通常是EMC验证的关键，本文将分析一种采用ADI第二代 Silent Switcher 2 技术的双通道降压型稳压器的汽车电源解决方案。

与电路板“抗争”的传统EMC设计方法论

怎样轻松解决汽车环境中的EMI问题?传统的设计经验是印刷电路板布局决定着所有的成败，决定着功能、电磁干扰(EMI)和受热时的表现。而开关电源布局是成功的关键，从一开始就需要精心选择解决方案，并设计一个良好的布局，否则会有无尽的EMI滤波器、机械屏蔽、EMI测试和PCB改板的烦恼。

而且，当为了实现均流和更大的输出功率而并联多个DC/DC开关模式稳压器时，潜在的干扰和噪声问题可能恶化。如果所有稳压器都以相似的频率工作，那么电路中多个稳压器产生的总能量就会集中在一个频率上，当该电路板与其他系统板上靠得很近，易于受到这种辐射能量影响时。在汽车系统中，这一问题可能尤其麻烦，因为汽车系统是密集排列的，而且常常靠近音频、RF、CAN总线和各种雷达系统。

为此，ADI设计了一款电源方案——LT8650S，这是一款采用该公司第二代Silent Switcher 2技术的双通道降压型稳压器，在芯片上解决了几乎所有的EMI麻烦，大大弱化对电路板布局的要求。该产品是一款紧凑的集成化解决方案，其执行高频操作，同时可提供优良的 EMI 性能和高输出电流。LT8650S的EMI性能可达到CISPR 25 Class 5辐射发射规格的要求，启用扩展频谱模式可散播能量并进一步改善EMI性能。

Silent Switcher 2让开关电路“Silent”

Silent Switcher技术是过去几年ADI在电源技术方面最大的一个创新，这是一个技术平台，Power By Linear品牌下的产品在未来的电源芯片中，都会尽可能的往这个技术平台上迁移。ADI工程团队在芯片的堆叠和电路的设计结构上做了一些非常创新的突破——在DC/DC里实现两个电流环路的对称排列，两个环路产生的电场磁场是两个反向的，可以相互抵消，从而实现超低的EMI，但同时确保了占位面积和效率的优势。

Silent Switcher 2通过使自身对电路板布局变化不敏感而有助于解决麻烦的EMI问题，可帮助用户在其设计的首个电路板上实现良好的EMI性能。下图给出了在其标准配置中的 LT8650S演示板以及对应的辐射EMI性能。在下图中，把陶瓷输入电容器从IC的近旁移至距离一英寸之外。尽管输入配置有了巨大的变化，但是EMI性能几乎保持不变，从而表现出 Silent Switcher 2显著地降低了EMI性能对PCB布局的敏感性。

实现该目标的一种方法是在 Silent Switcher配置中把热环路电容器集成到封装之内。通过利用其内部接地平面在封装内部保持高频电流，EMI 性能可令人印象深刻，并且不易受到电路板布局的影响。

汽车低EMI设计新方法论——LT8650S

LT8650S具有两个独立的通道，以从高达42V的输入提供两个单独的输出。这两个通道能同时各提供高达4A的输出电流，以及在脉冲负载应用中提供高达6A的电流。能够从这款采用4mm x 6mm封装的器件提供8A的总电流。外部VC引脚允许把多个器件并联起来，以提供更大的输出功率。

LT8650S 支持突发模式(Burst Mode?)操作，仅需6.2?A电流即可产生两个输出。该器件还具有强制连续和扩展频谱模式。可采用外部补偿以优化瞬态响应，或者，也可运用内部补偿以实现简单性。

实现 LT8650S EMI性能另一种方法是控制开关边缘。通常，这意味着减缓开关边缘，因而付出的代价是牺牲效率，尤其是在高频条件下。采用 LT8650S 时情况则并非如此。创新型驱动器设计把开关节点中的过冲保持在非常低的水平，即使在接近 10V/ns 的速度下也不例外，如在示波器快照中所见。

在高达3MHz频率下，这些快速开关边缘实现了高于90%的峰值效率。在500kHz至3MHz工作频率范围内，效率的下降仅为几个百分点，展示出低开关损耗特性。凭借LT8650S的Silent Switcher 2技术，可同时实现高频条件下的高效率以及优良的EMI性能。

高开关频率开关稳压器对于保持小巧的总体解决方案尺寸是很重要。高开关频率允许高的控制环路带宽，从而减小了所需的输出电容。在两相配置中，LT8650S对于一个4A负载阶跃具有<100mV的输出电压偏差，仅采用100?F输出电容。随着系统功率和复杂性的增加，电压调节器将需要在高开关频率下提供更大的输出电流，以满足尺寸、效率和辐射干扰要求。

本文小结

汽车工程师不断面临着降低电磁干扰和确保所有汽车电子系统的电磁兼容的挑战，过去我们常常困惑于因为电路板布局过程中有所疏忽而导致非常麻烦的EMC问题。像LT8650S这种采用创新方法消除电路布局敏感性，同时兼顾效率和小尺寸等关键指标的解决方案来说，对当前汽车电子系统越来越快设计周期和越来越复杂的硬件设计将是一种必然的趋势。