电磁辐射(EMR)、电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)是涉及来自带电粒子的能量以及可能干扰电路性能和信号传输的相关磁场的术语。随着无线通信的激增，通信装置不计其数，再加上慢慢的变多的通信方法(包括蜂窝、Wi-Fi、卫星、GPS等)使用的频谱慢慢的变多(有些频带相互重叠)，电磁干扰成了客观存在的事实。为了减轻此影响，许多政府机构和监管组织对通信装置、设备和仪器可发射的辐射量设定了限制。这类规范的示例之一是CISPR 16-1-3，它涉及无线电干扰和抗扰度测量设备和测量方法。

  根据其特征，电磁干扰可分为传导干扰(通过电源传输)或辐射干扰(通过空气传输)。开关电源会产生两种类型的干扰。ADI公司为减少传导干扰和辐射干扰实施的一项技术是扩频频率调制(SSFM)。该技术用于我们一些基于电感和电容的开关电源、硅振荡器和LED驱动器，将噪声扩展到更宽的频带上，以此来降低特定频率下的峰值噪声和平均值噪声。

  SSFM不允许发射能量在任何接收器的频带中停留过长时间，从而改善了EMI。有效SSFM的关键决定因素是频率扩展量和调制速率。对开关稳压器应用来说，典型扩展量为±10%，最佳调制速率取决于调制方式。SSFM可采用各种频率扩展方法，例如使用正弦波或三角波调制时钟频率。

  大多数开关稳压器都会呈现与频率相关的纹波：开关频率越低则纹波越多，开关频率越高则纹波越少。因此，如果对开关时钟进行频率调制，则开关稳压器的纹波将呈现调幅。如果时钟的调制信号是周期性的(例如正弦波或三角波)，则将呈现周期性的纹波调制，而且在调制频率上存在一个明显的频谱分量(图1)。

  由于调制频率远低于开关稳压器的时钟频率，因此可能难以滤除。由于下游电路中的电源噪声耦合或有限的电源抑制，这可能会引起可听音或明显的伪像等问题。伪随机频率调制能够消除这种周期性纹波。采用伪随机频率调制时，时钟以伪随机方式从一个频率转换到另一个频率。由于开关稳压器的输出纹波由类噪声信号进行调幅，因此输出看似不进行调制，而且下游系统的影响可忽略不计。

  随着SSFM频率范围的增加，带内时间的百分比减少。从下方图2中能够正常的看到，与单个未调制的窄带信号相比，调制频率呈现为宽带信号而且峰值降低20 dB。如果发射信号不常进入接收器的频带而且停留的时间很短(相对于其响应时间)，则可以明显降低EMI。例如，在降低EMI方面，±10%的频率调制比±2%的频率调制有效得多。1不过，开关稳压器所能容许的频率范围是有限的。一般来说，大多数开关稳压器都能轻松容忍±10%的频率变化。

  与调制量类似，对于某个给定的接收器，随频率调制速率的增加(跳频速率)，给定接收器的EMI处于带内的时间将减少，因此EMI将降低。然而，开关稳压器所能跟踪的频率变化速率(dF/dt)具有一个限值。其解决方案则是找出那个不影响开关稳压器输出调节性能的最高调制速率。

  测量EMI的典型方法为峰值检测、准峰值检测或平均值检测。对这些测试而言，适当地设置测试设备的带宽，以反映实际目标带宽并确定SSFM的有效性。在进行频率调制时，检测器会随着发射扫描整个检测器的频带而进行响应。当检测器的带宽相较于调制速率较小时，检测器的有限响应时间会导致EMI测量值衰减。相反，检测器的响应时间不会影响固定频率发射，从而不会观测到EMI衰减。峰值检测测试显示通过SSFM得到的改善直接对应于衰减量。准峰值检测测试还可以显示进一步的EMI改善，因为它包括了占空比的影响。具体而言，固定频率发射产生100%的占空比，而来自SSFM的占空比随发射在检测器频带内所占的时间量而减少。最后，平均值检测测试能够显示最明显的EMI改善，因为它使用低通过滤峰值检测信号，从而生成平均带内能量。在固定频率发射时，平均值和峰值能量相等，SSFM则不同，它对峰值检测能量和带内时间量均进行衰减，由此产生更低的平均值检测结果。许多监管测试要求系统通过准峰值和平均值两种检测测试。

  无论是否启用SSFM，在任何时刻，开关稳压器的峰值发射可能看起来都是相同的。这怎会是？SSFM的有效性部分取决于接收器的带宽。要接收瞬时的发射快照，需要无限带宽。每个实际系统的带宽都是有限的。如果时钟频率的变化快于接收器的带宽，将明显降低接收干扰。

  图3.使用启用SSFM和未启用SSFM的LTC6908开关稳压器的输出频谱(9 kHz分辨率带宽)。

  LTC6909、LTC6902和LTC6908是具有扩频调制的八相、四相和双相输出的多相硅振荡器。这一些器件通常用于为开关电源提供时钟。多相操作有效地增加了系统的开关频率(因为相位表现为开关频率的增加)，并且扩频调制使每个器件在一定频率范围内开关，从而在更宽的频带上扩展传导EMI。LTC6908具有5 kHz至10 MHz的频率范围，提供两个输出，并具有两种可选版本：LTC6908-1提供具有180°相移的两个输出，而LTC6908-2提供具有90°相移的两个输出。前者很适合同步两个单开关稳压器，后者则很适合同步两个双相双开关稳压器。四通道LTC6902具有5 kHz至20 MHz的频率范围，可编程用作等间距的双相、三相或四相输出。LTC6909具有12 kHz至6.67 MHz的频率范围，最多可编程提供八相输出。

  为了解决上述周期性纹波问题，这些硅振荡器使用伪随机频率调制。利用该技术，开关稳压器时钟以伪随机方式从一个频率转换到另一个频率。频率偏移率或跳频速率越高，开关稳压器在给定频率下的上班时间越短，并且对于给定的接收器间隔，EMI在带内的时间将越短。

  图4.伪随机调制说明了LTC6908/LTC6909内部跟踪滤波器的影响。

  但是，跳频速率有一个限制。如果频率以超出开关稳压器带宽的速率跳变，则可能会在时钟频率转换边沿发生输出尖峰。较小的开关稳压器带宽会导致更明显的尖峰。因此，LTC6908和LTC6909包含一个专有的跟踪滤波器，能轻松实现从一个频率到下一个频率的平滑转换(LTC6902采用一个25 kHz的内部低通滤波器)。内部滤波器跟踪跳频速率，为所有频率和调制速率提供最佳平滑性能。

  对于许多逻辑系统来说，这种滤波调制信号可能是可接受的，但必须仔细考虑逐周期的抖动问题。即便使用了跟踪滤波器，给定稳压器的带宽仍有可能不足以满足高速率频率调制的要求。为应对带宽限制，LTC6908/LTC6909的跳频速率可以从默认速率(即标称频率的1/16)降低到标称频率的1/32或1/64。

  开关稳压器基于逐周期运行，以将功率传输到输出。在大多数情况下，工作频率要么是固定的，要么是基于输出负载的常数。这种转换方法在工作频率(基波)和工作频率的倍频(谐波)下产生较大的噪声分量。

  为了降低开关噪声，可以将LTM4608A的CLKIN引脚连接到SVIN(低功耗电路电源电压引脚)以启用扩频功能。在扩频模式下，LTM4608A的内部振荡器设计用于产生时钟脉冲，其周期在逐周期的基础上是随机的，但固定在标称频率的70%到130%之间。这有利于在一定频率范围内扩展开关噪声，从而明显降低峰值噪声。如果CLKIN接地或由外部频率同步信号驱动，则禁用扩频操作。图5显示了启用扩频操作的工作电路。必须在PLL LPF引脚上放置一个0.01 μF的接地电容，以控制扩频频率变化的压摆率。元件值由以下公式确定：

  LT8609是一款微功率降压型转换器，可在高开关频率下保持高效率(2 MHz时为93%)，从而允许使用更小的外部元件。SSFM模式的操作类似于跳跃脉冲工作模式，其主要不同之处在于开关频率由3 kHz三角波上下调制。调制范围的低端通过开关频率(由RT引脚上的电阻设置)设置，高端则设置为比RT设置的频率高约20%。要启用扩频模式，须将SYNC引脚连接到INTVCC或将其驱动到3.2 V和5 V之间的电压。

  LTC3251/LTC3252是2.7 V至5.5 V、单路输出500 mA/双路输出250 mA的电荷泵降压型稳压器，可生成时钟脉冲，其周期在逐周期的基础上是随机的，但固定在1 MHz到1.6 MHz之间。图6和图7显示了与传统降压型转换器相比，LTC3251的扩频特性明显降低了峰值谐波噪声并几乎消除了谐波。LTC3251提供可选的扩频操作，而LTC3252则始终启用扩频。

  对于汽车和显示屏照明应用的EMI问题而言，开关稳压器LED驱动器也是个麻烦。为了更好的提高EMI性能，LT3795110 V多拓扑LED驱动控制器集成了SSFM。如果RAMP引脚上有一个电容，则会产生一个介于1 V和2 V之间的三角波。然后将该信号馈入内部振荡器，在基频的70％和基频之间对开关频率进行调制，基频由时钟频率设置电阻RT设定。调制频率计算公式如下：

  图8和图9显示了传统的升压开关转换器电路(将RAMP引脚连接到GND)和启用扩频调制的升压开关转换器(RAMP引脚上为6.8 nF)之间的噪声频谱比较。图8显示了平均值传导EMI，图9显示了峰值传导EMI。EMI测量的结果易受使用电容选择的RAMP频率的影响。1 kHz是优化峰值测量的良好起点，但为了在特定系统中获得整体EMI的最佳结果，在大多数情况下要对该值进行一些微调。

  LT3952是一款60 V/4 A电源开关式、恒流、恒压、多拓扑LED驱动器，提供可选的SSFM。振荡器频率以伪随机方式从标称频率(fSW)变化到高于标称值的31%，步长为1%。这种单向调整使LT3952只需将标称频率编程至其上方一点就能够尽可能的防止系统中的敏感频带(例如AM无线电频谱)。成比例的步长允许用户轻松确定适用于指定的EMI测试仓大小的时钟频率值(RT引脚)，并且伪随机办法能够从频率变化本身提供音调抑制。

  伪随机值的更新使用fSW/32的速率，与振荡器频率成正比。该速率允许整组频率在标准EMI测试停滞时间内多次通过。

  ADI公司还提供许多别的产品，可以轻松又有效地利用设计技术来降低EMI。如上所述，使用SSFM是其中一种技术。其他方法还包括减缓快速内部时钟边沿和内部滤波。采用我们的Silent Switcher®技术实现了另一种创新方法，通过布局大大降低EMI。LT8640是一款独特的42 V输入、微功率同步降压型开关稳压器，它将Silent Switcher技术和SSFM相结合以降低EMI。因此，当您在设计中再次遇到EMI问题时，请务必查看我们的低EMI产品，以帮助您更轻松地符合EMI标准。

  对于微处理器和数据时钟，±2%的SSFM很常见，因为它们不能容忍较大的频率变化。

  印刷电路板布局决定着所有电源的成败，决定着功能、电磁干扰(EMI)和受热时的表现。开关电源布局不是魔术，并不难，只不过在最初设计阶段，可能常常被忽视。然而，因为功能和EMI要求都要一定要满足，所以对电源功能稳定性有益的安排也常常有利于降低EMI辐射，那么晚做不如早做。还应该提到的是，从一开始就设计一个良好的布局不会增加费用，实际上还能节约费用，因为无需EMI滤波器、机械屏蔽、花时间进行EMI测试和修改PC板。 此外，当为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(开关)，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。这种能

  众所周知，电路中如果阻抗不连续，就会造成信号的反射，引起上冲下冲、振铃等信号失真，严重影响信号质量，出现EMC问题。所以在进行电路设计的时候阻抗匹配是很重要的考虑因素。 对我们的PCB走线进行阻抗控制已经不是什么高深的技术了，绝大多数都是每个硬件工程师必备的基本能力。但在具体电路中，只考虑走线的阻抗还不够。实际电路都是由发送端、连线和接收端共同组成的。我们大家都希望做到的是整个链路的阻抗都一致。但是实际电路中很难做到这一点，一般发送端的输出阻抗会比较小，而接收端的输入阻抗又很高，那么要处理好这对矛盾，端接就成为一种很自然的手段。因此，端接的本质依然是阻抗匹配，这个是进行PCB设计的重中之重。 常见的端接方式有下面几种：串联端接、

  需要距离辐射源多远才能使辐射信号不干扰系统呢？要想了解这一个问题的答案，需要思考下面两个问题：1）辐射源的辐射能量大小；2）系统的 EMI 保护电路性能如何。本文中，我们将首先讨论第一个问题。 呈辐射状的电磁干扰 (EMI) 信号会从辐射源传播至某个接收单元。根本而言，这些信号的功率或电压强度在“触及”敏感的电路时，取决于发送器的功率/天线增益以及辐射源和接收器之间的距离（请参见图 1）。 图 1 辐射源和接收器之间的 EMI 电场和功率密度关系 在进行 EMI 评估时，可能会利用电场强度或者辐射功率密度参数。电场强度量化了辐射源干扰电压的大小。这种窄带或者宽带 EMI 信号测量单位为伏每米(V/m)。您可以根据喜

  辐射信号强度解析 /

  摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。 关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模 引言 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等所有的领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大幅度的降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。

  伴随着现代电子技术的发展，各种电子设备的集成度慢慢的升高。大量高速总线和RF功能的引入，使设备本身产生更多的电磁辐射问题。同时，由于用户对采购产品的电磁兼容性要求慢慢的升高，产品设计工程师必须努力降低设计产品的电磁干扰（EMI）。各个厂家也大量投入资金，对产品做EMC兼容性的测试和认证。 对于通常的EMC设计和认证流程，通常能分为三个阶段，即产品设计预测试（Pre-test），产品预认证（Pre-compliance）和产品认证（compliance test）阶段。产品认证涉及到严格的标准和测试仪器与场地要求，很多公司在这一阶段是通过第三方的专业实验室完成的，在企业内部只进行预测试和预认证。传统的设计流程是产品设计完成

  1  前言       开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，大范围的使用在通信、自动控制、家用电器、计算机等电子设备中。但是，其缺点是开关电源在高频条件下工作，产生非常强的电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI），经传导和辐射会污染周围电磁环境，对电子设备造成影响。本文从开关电源的电路结构、器件做多元化的分析，探讨了电磁干扰产生的机理及其抑制方法。       2 开关电源电磁干扰（EMI）产生的机理       开关电源的电磁干扰，按耦合途径来分，可分为传导干扰和辐射干扰。按噪声干扰源可分为两大类：一类是外部噪声，例如通过电网传输过来的共模和差模干扰、外部电磁辐射对开关电源控

  产生的机理及其抑制方法 /

  在重视热耗散和效率的场合中，人们会用开关稳压器替代线性稳压器。开关稳压器通常是输入电源总线线路上的首个有源组件，因此对于整个转换器电路的 EMI 性能具有重大的影响。 相比于通孔元件，表面贴装技术中的新式输入滤波器组件拥有更好的性能。然而，这种改进赶不上开关稳压器工作开关频率增加的步伐。由于开关切换速度较快的原因，较高的效率、低的最小导通和关断时间产生了较高的谐波含量。 在所有其他参数 (例如：开关电容和转换时间) 保持恒定的情况下，开关频率每增加一倍将使 EMI 性能直线下降 6dB。如果开关频率增加 10 倍，则宽带 EMI 的作用就像一个辐射增加了 20dB 的一阶高通滤波器。 懂行的 PCB 设计师将使热回路很小，并采用尽可能

  并改善效率 /

  随着电子技术的发展，电磁兼容性问题成为电路设计工程师极为关注和棘手的问题。 根据多年的工程经验，大家一致认为电磁兼容性标准中最重要的也是最难解决的两个项目就是传导发射和辐射发射。为满足传导发射限制的要求，通常使用电磁干扰（EMI）滤波器来抑制电子科技类产品产生的传导噪声。但是如何抉择一个现有的滤波器或者设计一个能满足需要的滤波器？工程师表现得很盲目，只有凭借经验作尝试。首先是根据经验使用一个滤波器，若无法满足要求再重新修改设计或者换另一个新的滤波器。因此，要找到一个合适的EMI滤波器就成为一个费时且高成本的任务。 电子系统产生的干扰特性 处理问题首先要了解电子系统产生的总干扰情况，需要抑制多少干扰电压才能满足标准要

  滤波器的精确设计 /

  设计规则100条

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