對，我的確制造了相當大的噪聲?，F在作為一名技術(shù)專(zhuān)家，我每天所關(guān)注的已不再是可以聽(tīng)到的聲音，而是要想方設法防止各種電子系統和設計產(chǎn)生虛假電磁干擾（EMI）。

 

電磁干擾

 

EMI是一種有害的電磁信號，它從外部滲透到電子電路中，電磁感應、靜電耦合或傳導是產(chǎn)生電磁干擾的原因。本文的重點(diǎn)是如何正確設計電子解決方案來(lái)幫助工程師“降低噪音”，限制汽車(chē)和工業(yè)應用中的電磁干擾，讓這類(lèi)干擾不再是問(wèn)題。

 

汽車(chē)領(lǐng)域

 

在汽車(chē)創(chuàng )新領(lǐng)域正經(jīng)歷著(zhù)控制EMI干擾的巨大需求，隨著(zhù)交通運輸方式的轉型，汽車(chē)市場(chǎng)預計將在未來(lái)15年翻一番。這種轉變的一部分將是電子工業(yè)及其提供前所未有的新服務(wù)能力的副產(chǎn)品。這些創(chuàng )新將依賴(lài)于塑造未來(lái)的四項關(guān)鍵技術(shù)——ACES，即：

 

● Automation：自動(dòng)化

● Connectivity：互連

● Electric：電子

● Shared：共享

 

標準：CISPR

 

汽車(chē)工業(yè)通常遵循的是國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )（CISPR）的標準，CISPR 25條款中第5類(lèi)測試標準是汽車(chē)標準。隨著(zhù)混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，系統、標準和選配功能以及配件等形式的汽車(chē)應用電子產(chǎn)品將迅速且持續的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的壯大。

 

電磁干擾的根源

 

系統的內部和外部都會(huì )產(chǎn)生電磁干擾，由于車(chē)內電子解決方案包含的組件數目不斷增加，而且它們必須作為一個(gè)有機整體運行，而不對其他系統產(chǎn)生過(guò)多的電磁干擾，因此盡量減少個(gè)別組件或整體產(chǎn)生的電磁干擾是至關(guān)重要的。車(chē)輛內部和外部電磁發(fā)射源包括：氣囊、藍牙技術(shù)設備、控制器網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)（CAN）、防撞系統（比如光探測器和距離感應器激光/雷達）、巡航系統、直流電機、電子剎車(chē)系統、電子控制單元（ECU）、燃料控制系統、游戲系統、車(chē)庫門(mén)控制器、全球定位系統（GPS）、點(diǎn)火系統、車(chē)載安全系統、信息娛樂(lè )系統、動(dòng)力轉向、無(wú)線(xiàn)電（AM/FM/衛星）、遙控門(mén)控制系統、輪胎壓力監測系統等。

 

電磁干擾的問(wèn)題

 

現代汽車(chē)利用的開(kāi)關(guān)電源會(huì )產(chǎn)生電磁干擾，使得周?chē)南到y暴露在這種不必要的干擾環(huán)境之下。汽車(chē)內部開(kāi)關(guān)電源的數量也在不斷的增加，加上物理尺寸的縮小，空間更加的緊湊，對于高效運轉、高溫運行以及壽命更長(cháng)等需要，所有這些都要求電子產(chǎn)品能夠在這些苛刻的環(huán)境下正常工作。

 

隨著(zhù)自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，EMI問(wèn)題將變得越來(lái)越重要，因為人類(lèi)駕駛員已經(jīng)將控制權、路線(xiàn)和安全等都交給了車(chē)輛，而車(chē)輛及乘客的安全將取決于操作系統。

 

減少電磁干擾

 

美國科學(xué)家本杰明?富蘭克林（1705-1795）曾說(shuō)過(guò)一句諺語(yǔ)：“一克（盎司）的預防勝過(guò)一公斤(磅)的治療。”，這句諺語(yǔ)傳達了這樣一個(gè)事實(shí)：電子工程師應該在所有組件都整合在一起之前就考慮電磁干擾問(wèn)題，因為如果工程師不在開(kāi)發(fā)前期投入適當的精力，那么就要在開(kāi)發(fā)后期投入更多的精力和成本。

 

電子工程師通常采用三種主要的方式來(lái)降低電磁干擾：第一種方法是要確保電子元件或系統有一定的電磁屏蔽措施，適當的電磁屏蔽包括在設計中加入導電或磁性材料，作為屏蔽雜散輻射的屏障，法拉第屏蔽是一種常見(jiàn)的方法；其次，工程師可以利用電子過(guò)濾，過(guò)濾器的作用是阻止不必要的頻率，同時(shí)讓所需要的頻率在幾乎沒(méi)有影響的情況下通過(guò)；最后一種方法是建立適當的接地，接地為電流進(jìn)入地面提供了一個(gè)通道，這是一個(gè)低電動(dòng)勢（電壓）點(diǎn)，這樣有助于減少不必要電荷的過(guò)度積累。

 

下面讓我們來(lái)看看兩個(gè)完全不同的電子組件如何協(xié)同工作，從而降低噪音并限制汽車(chē)系統中的電磁干擾。

 

解決方案：電源管理IC

 

為了降低電磁干擾，ADI發(fā)明了專(zhuān)利靜音開(kāi)關(guān)技術(shù)，使其在高頻、高功率的情況下具有非常棒的屏蔽電磁干擾的性能。靜音開(kāi)關(guān)技術(shù)將單個(gè)大型開(kāi)關(guān)回路分割成兩個(gè)較小的開(kāi)關(guān)回路，它的原理是相互抵消磁場(chǎng)，就像法拉第屏蔽一樣。

 

Silent Switcher® 2架構通過(guò)在集成電路（IC）內部將外部的電壓循環(huán)電容作為內部的旁路電容來(lái)簡(jiǎn)化電路板的設計與制造，這樣可以大大降低輻射的電磁干擾。將電容內部化可以通過(guò)最小化噪聲天線(xiàn)來(lái)降低電磁干擾。靜音開(kāi)關(guān)的組件也是單片穩壓器，通過(guò)集成的MOSFET（金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管）實(shí)現高度的集成，所有這些方法都提升了效率，特別是在更高的開(kāi)關(guān)頻率下使用時(shí)。

 

Silent Switcher® 2的超低電磁干擾消除了PCB（印刷電路板）布局的敏感性，而降低解決方案成本的一個(gè)方法是最小化所需的PCB層數，盡管這將對性能產(chǎn)生一定的影響。例如工程師不期望2層電路板產(chǎn)生和4層電路板一樣的電磁干擾，一般情況下采用Silent Switcher® 2技術(shù)的2層電路板甚至單層電路板設計，都具有良好的屏蔽電磁干擾性能，這樣可以大大降低制造成本。

 

此外靜音開(kāi)關(guān)提供可選的擴頻調制，這也有助于降低電磁干擾，靜音開(kāi)關(guān)和Silent Switcher® 2技術(shù)完全滿(mǎn)足汽車(chē)系統對屏蔽電磁干擾的要求。

 

SoC器件電源設計

 

SoC器件在當今的汽車(chē)系統應用中隨處可見(jiàn)，例如信息娛樂(lè )系統、攝像機、防撞系統、安全和預警設備以及傳感器需要處理的信息越來(lái)越多。處理過(guò)程必須在高效且獨立運行的系統中進(jìn)行，不需要額外的功率驅動(dòng)，但它要求高效率。由于SoC器件處理的任務(wù)越來(lái)越多而且要消耗更大的功率，這可能使得電磁干擾管理變得困難。

 

新型的高科技汽車(chē)系統可能集成了很多不同類(lèi)型的ARM架構處理器核心、數字信號處理器（DSP）、視頻和圖形處理器以及輔助支持器件。這些組件都需要可靠的電源驅動(dòng)，需要的電壓包括：5v、3.3v、1.8v、1.2v、1.1v和0.8v。

 

為了滿(mǎn)足目前SoC器件的需求，傳統的開(kāi)關(guān)電源控制器采用的是MOSFET器件，單片機之所以引人注意是因為其內部的MOSFET可以將成本和解決方案尺寸降至最低，但是其電流和散熱能力通常會(huì )限制其使用范圍。LT8650S是一款全新的單片降壓靜音開(kāi)關(guān)穩壓器，具備支持當前SoC應用性能和熱管理的能力。

 

 

推薦閱讀：