然而，這通常會(huì )受到延遲、功耗、成本和尺寸等方面的限制。由于隔離的設計極其復雜，在控制功率和數據信號通過(guò)隔離柵時(shí)，往往會(huì )產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這些輻射發(fā)射會(huì )對其他電子系統和網(wǎng)絡(luò )的性能產(chǎn)生負面影響。傳統方法通常使用分立式電路和變壓器來(lái)傳輸功率，但這種方法笨重耗時(shí)，會(huì )占用寶貴的PCB空間，極大地增加了成本。更經(jīng)濟高效的解決方案是將變壓器和所需的電路集成到更小外形中，如芯片封裝，但這樣做卻可能會(huì )引入更高的輻射發(fā)射。針對此現狀，高性能模擬電路公司ADI推出了開(kāi)創(chuàng )性的isoPower® 芯片級集成隔離電源，可實(shí)現使用多個(gè)隔離電源的高密度、通道間隔離設計，所需元件更少，占用面積更小。

 

EMI抑制如何兼顧小尺寸、低成本？這是一個(gè)問(wèn)題

 

設計隔離式電源可能是設計過(guò)程中最具挑戰性的一個(gè)方面。構建一個(gè)解決方案需要權衡各種設計需求，且需要遵守全球多個(gè)不同地區的法規要求。由此做出的犧牲往往帶來(lái)了尺寸、重量和性能方面的負面影響，或者降低了滿(mǎn)足EMC標準的能力（EMC是指電子系統在其目標環(huán)境中正常工作而不干擾其他系統的能力，在工業(yè)、醫療、通信和消費環(huán)境中，輻射發(fā)射通常必須符合CISPR 11/EN 55011、CISPR 22/EN 55022或FCC Part 15標準）。

 

電磁干擾標準

 

若僅僅將變壓器和電路集成到芯片級封裝中，雖然減少了組件數量，但輻射發(fā)射抑制技術(shù)會(huì )使PCB的設計更加復雜（或需要添加額外組件），因此可能會(huì )抵消集成變壓器所節省的成本和空間。例如，在PCB級別抑制輻射發(fā)射的一種常見(jiàn)方法是為寄生共模（CM）電流形成一個(gè)從次級端至初級端的低阻抗路徑，從而降低輻射發(fā)射水平。要實(shí)現這一點(diǎn)，可以在初級端和次級端之間使用旁路電容。該旁路電容可以是分立式電容，也可以是嵌入式夾層電容。然而無(wú)論是分立式還是嵌入式，使用旁路電容都不是理想的抑制技術(shù)。它雖然可以幫助減少輻射發(fā)射，卻要以增加組件、采用復雜的PCB布局和提高瞬態(tài)敏感性為代價(jià)。

 

中心電源和接地層之間形成的內部PCB旁路電容

 

理想情況下，集成的隔離電源組件應該包含降低芯片輻射發(fā)射的措施以取代在外部額外增加復雜的設計。這樣一來(lái)，只需將組件放置到2層板上，即可通過(guò)嚴格的輻射發(fā)射測試，而無(wú)需多次制作電路板。

 

創(chuàng )新低輻射技術(shù)完美應對隔離挑戰

 

ADI公司的下一代isoPower® 系列產(chǎn)品采用創(chuàng )新的設計技術(shù)，可以避免產(chǎn)生大量輻射發(fā)射，甚至在沒(méi)有旁路電容的2層板上也不例外。ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量滿(mǎn)足CISPR22/EN55022B類(lèi)限制的同時(shí)，可以分別跨隔離柵提供500 mW和330 mW功率。

 

ADuM5020 /ADuM5028原理框圖

 

為了減少輻射發(fā)射，ADuM5020/ADuM5028具有出色的線(xiàn)圈對稱(chēng)性和線(xiàn)圈驅動(dòng)電路，有助于將通過(guò)隔離柵的CM電流傳輸最小化。擴頻技術(shù)也被用來(lái)降低某一特定頻率的噪聲密度，并將輻射發(fā)射能量擴散到更廣泛的頻段。在次級端使用低價(jià)的鐵氧體磁珠會(huì )進(jìn)一步減少輻射發(fā)射。在輻射發(fā)射合規測試期間，這些技術(shù)可以改善峰值和準峰值測量水平。 

 

概念ADuM5020和鐵氧體特性曲線(xiàn)

 

上圖顯示了放置在靠近VISO和GNDISO引腳的次級端的鐵氧體磁珠。下一段中用于收集輻射發(fā)射圖的鐵氧體是Murata BLM15HD182SN1。這些鐵氧體在寬頻率范圍內具有高阻抗（100MHz時(shí)為1800Ω，1GHz時(shí)為2700Ω）。這些鐵氧體降低了偶極的有效輻射效率。如下圖所示，因為鐵氧體磁珠的阻抗，CM電流環(huán)減小，偶極的有效長(cháng)度明顯縮短，使得偶極效率降低，輻射發(fā)射減少。 

 

 

使用鐵氧體磁珠來(lái)減少有效偶極

 

ADuM5020/ADuM5028能夠提供即用型直流-直流電源解決方案。這種解決方案的性?xún)r(jià)比高、復雜性低，占地面積小，且輻射發(fā)射性能出色，如果在設計周期開(kāi)始時(shí)就納入到產(chǎn)品設計中，將有助于滿(mǎn)足EMC法規的要求。

 

高實(shí)測裕量助力提高設計靈活性

 

將ADuM5020/ADuM5028根據CISPR22/EN55022測試指南在10m半波暗室中進(jìn)行測試。按照標準規定，ADuM5020/ADuM5028評估PCB被放置在距離天線(xiàn)校準點(diǎn)10m遠的非導電工作臺上。確保被測設備（DUT）附近沒(méi)有其他導電表面，以及沒(méi)有任何外部設備、金屬平面或電纜會(huì )干擾DUT的輻射發(fā)射測試。同時(shí)為了測試ADuM5020/ADuM5028評估板，使用帶板載低壓差穩壓器的電池來(lái)保持較小的電源電流環(huán)，并消除不必要的布線(xiàn)。

 

 

10 m測試室的圖像和評估PCB

 

測試結果顯示，ADuM5020在輸出電源為5V(500mW)，負載為100mA的情況下，以超過(guò)5dB的裕量通過(guò)了CISPR22/EN55022測試，這種程度的裕量能夠為設計提供大幅的靈活性。

 

ADuM5020滿(mǎn)足CLASS B @ 100 mA負載

 

總結

在當前關(guān)乎生命安全的應用中，需要為人員和設備提供可靠的高壓保護的同時(shí)，提供更小、更輕的解決方案。ADI公司的下一代isoPower系列產(chǎn)品提供輻射發(fā)射抑制技術(shù)，無(wú)需具備旁路電容仍可滿(mǎn)足EN55022/CISPR22B類(lèi)標準要求，是實(shí)現緊湊、高性?xún)r(jià)比的隔離設計的理想選擇。