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做到“人不犯我、我不犯人”,两招搞定EMC设计

时间:2019-05-23 作者:ADI 阅读:
电磁兼容性(EMC)法规旨在确保在各种场所使用的各种不同类型的电气和电子设备在彼此和谐共处,互不干扰。尽管随着各种强制标准的实施,EMC获得较好的改善,但业界专家依然认为EMC问题不容乐观,他们甚至认为在不久的将来,电子系统的电磁兼容问题比起今天来说,会令我们面临更大的挑战,即便是我们现在已经掌握了与电磁环境相关的理论,情况也是如此。
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电磁兼容性(EMC)法规旨在确保在各种场所使用的各种不同类型的电气和电子设备在彼此和谐共处,互不干扰。尽管随着各种强制标准的实施,EMC获得较好的改善,但业界专家依然认为EMC问题不容乐观,他们甚至认为在不久的将来,电子系统的电磁兼容问题比起今天来说,会令我们面临更大的挑战,即便是我们现在已经掌握了与电磁环境相关的理论,情况也是如此。

理论上来说,任何电子产品都是干扰其他设备的电磁干扰(EMI)加害者(发射源),同时也可能是EMI的受害者。因此,在系统设计中非常有必要考虑两方面的因素——提高对EMI的防范能力,做到“人不犯我”;降低EMI辐射,做到“我不犯人”。

在系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。所以设备厂商在设计系统开始时除了考虑市场要求,尤其应满足EMC要求,因为随着设计的进行,可用来解决EMC问题的技术越来越少,一旦设计完成后再遇到EMC问题就非常难以解决了。防范EMI提高EMC能力的方法有很多,本文从被动防范EMI和主动降低EMI提供两个角度的方法。

医疗及工业环境中,数字隔离器助实现共存“好邻居”

利用数字隔离器可以非常有效地应对EMC瞬变威胁,因为电气隔离栅允许数据流通,但禁止电流流通。与此同时,数字隔离器谨遵“好邻居”规范,不会产生噪声来影响相邻器件。电气隔离可利用隔离栅上的不同耦合元件实现。ADI公司的开关键控iCoupler® 数字隔离器ADuM1xx和ADuM2xx 在隔离栅上实现感性耦合,已被证明可应对大瞬变威胁。除此之外,这些器件还能以高数据速率工作,并且满足所需的辐射发射标准。

对于工作在高噪声、恶劣、无法预测的医疗保健和工业环境下的应用,隔离器如何确保系统安全运行?ADuM1xx和ADuM2xx 基于iCoupler专利数字隔离技术,将高速、互补金属氧化物半导体(CMOS)与单芯片空芯变压器技术融为一体,具有优于光耦合器件和其它集成式耦合器等替代器件的出色性能特征。与其它光耦合器不同,这些器件可确保不存在输入逻辑转换时的直流正确性,并提供两种不同的故障安全选项,输入电源未用时,输出转换到预定状态。

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例如,医疗保健技术的进步不断拓宽设计的边界,要求有线病人监护仪在除颤期间持续工作。 相关的高压瞬变是一个沉重的负担,要设计一个可靠、连通的医疗系统,必须消除这个障碍。 为了在这种无法预测的环境中保护数据信号,拥有业界高电涌保护额定值的ADuM1xx和ADuM2xx数字隔离器通过了16 kVpk的测试,而且可承受高达5 kVrms的电压额定值。另外,与其他数字隔离器不同的是,ADuM1xx和ADuM2xx可以代替笨重的光耦合器用于恶劣的医疗环境中,提供更加紧凑的解决方案。

再比如在严酷的工业厂房环境中工作的精密机械臂。为了避免信号干扰,工厂自动化使用的现代高速通信必须与弧焊和其它设备引起的电气噪声相隔离。ADuM1xx和ADuM2xx就可提供高抗噪能力,优于以前的数字隔离器产品,可确保信号的完整性。

ADI公司的隔离器件具备出色的性能和成熟的电流隔离特性,迄今交付已超过14亿通道,而且还在不断增加。 这些数字隔离器将高速CMOS、单芯片空芯变压器技术和开关键控(OOK)架构相结合,提供高抗噪度、低电磁干扰(EMI)和很强的电涌保护能力,市场应用前景广阔。

汽车环境下,低 EMI/EMC 开关转换器简化 ADAS 设计

汽车智能化的发展趋势下,ADAS系统越来越普及也越来越复杂,因此确保ADAS符合车内各种抗噪标准显得越来越具挑战性。在汽车环境中,开关稳压器正在取代那些重视低发热和高效率的区域中的线性稳压器。而且,开关稳压器通常是输入电源总线上的第一个有源部件,因此对整个转换器电路的EMI性能有着重要影响。

开关电源的特性,决定了电路板上任何承载电流的东西都会辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是一根天线,每个铜层都是一个谐振器。除了纯正弦波或直流电压以外,任何其他东西都会在整个信号频谱上产生噪声。即使精心设计,在系统进行测试之前,电源设计人员也并不真正知道辐射发射会有多糟糕——而辐射发射测试只有在设计基本完成之后才能正式进行。

鉴于此,ADI公司Power by Linear™部门开发出LT8645S——一款支持高输入电压、单芯片、低EMI辐射的同步降压转换器。其输入电压范围为3.4 V至65 V,因而既适合汽车应用,也适合卡车应用,包括ADAS,后者必须胜任冷启动和启停场景下的调节,最低输入电压低至3.4 V,电源切断瞬变超过60 V。

LT8645S的开关频率可以在200 kHz到2.2 MHz范围内进行编程,并且在整个频率范围内都支持同步。其独特的Silent Switcher® 2架构集成了内部输入电容以及内部BST和INTVCC电容,以缩小解决方案尺寸。结合严格受控的开关边沿和集成接地层的内部结构,并用铜柱代替键合线,LT8645S的设计大大降低了EMI辐射。此外,其Silent Switcher 2设计还能在任何印刷电路板(PCB,包括2层PCB)上提供鲁棒的EMI性能。

而且,与其他类似转换器相比,它对PCB布局的敏感度要低得多。这是因为,LT8645S的内部双路输入、BST和INTVCC电容将热环路面积减至最小,使性能达到新的水平。它仍然需要两个外部输入电容,但不再严格要求把这些电容放在尽可能靠近输入引脚的位置。结合内部电容(其使热环路面积最小),BT衬底的集成接地层使EMI性能显著提高(见下图)。


 

 

LT8640S辐射EMI性能图

 

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