抑制复杂的FM频段传导EMI的策略
问题：
如何抑制来自开关电源的复杂的fm频段传导辐射？
答案：
虽然emi屏蔽和铁氧体夹是较受欢迎的emi解决方案，但它们价格昂贵、体积笨重，有时使用效果不理想。我们可以通过了解fm频段emi噪声的来源，以及利用电路和pcb设计技术从源头进行抑制，以降低这些噪声。
电源网络的emi性能在噪声敏感型系统中至关重要，例如汽车电路，尤其是涉及开关模式电源（smps）的情况下。工程师们可能需要花费大量时间来减少传导辐射（ce）和电磁辐射骚扰（re）。特别是，在测量ce时，fm频段（76 mhz至～108 mhz）可能是最难达到要求并通过测试的区域。设计人员可能需要花费大量时间来解决这一问题。为何fm频段中的ce噪声如此难以消除？
低频（am频段）ce中的噪声主要为差模（dm）噪声。高频（fm频段）ce中的噪声主要为共模（cm）噪声。1共模噪声电流由pcb上电压变化的节点产生。电流通过杂散电容泄漏至参考地，然后返回正负输入电缆（参见图1）。因为pcb周围的杂散电容非常复杂，所以无法仿真杂散电容和预估fm频段的传导emi。最好是在emi室中测试电路板。
图1．传导辐射、共模噪声电流路径
在实验室中，有些行之有效的方法可以有效降低fm频段的emi，包括改变开关频率、开关压摆率、开关节点布局、热回路布局、电感，甚至是输入电缆和负载的位置。每种方法的功效因电路板而异。
本文探讨几种简单的低成本方法，可以在不使用铁氧体夹或屏蔽的情况下降低电路板上的fm频段传导emi。我们在经过认证的emi室中，将lt3922－1汽车hud led驱动器装载到电路板上，然后执行电流探头ce测试，以验证结果，如图2所示。
图2．lt3922－1汽车hud led驱动器的简化原理图
在本次测试中，我们根据cispr 25 emi设置，采用电流探头法来测量ce，如图3所示。我们可以使用电压探头法或电流探头法来测试ce，但大家普遍认为电流探头法标准更加严格。电流ce方法不是测量lisn的电压输出，而是利用高带宽电流探头来测量通过电源线或线束传送的cm噪声信号，它们分别距离dut 50 mm和750 mm。每次扫描时采集ce的峰值和平均数据，并与公布的标准限值进行比较。
图3．emi测试室（50 mm）中的cispr 25电流探头传导辐射（ce）设置
使用电流探头方法时，cispr 25 class 5中描述的fm频段平均ce限值低至？16 db？a。这里，我们展示几种在使用电流探头法测试ce时，可以有效改善fm频段的测试结果的方法。其中许多方法也可用于在使用电压探头法测试ce时改善测试结果。
除非另有说明，本次研究中进行的所有测试均启用ssfm功能。启用ssfm之后，开关频率及其谐波下的emi尖峰都会降低。
共模扼流圈可抑制em频段的emi噪声
cm噪声电流是在开关过程中产生的，通过杂散电容泄漏到参考地，然后通过同一方向的输入电源和回路返回。通过使用cm扼流圈提高回路中的共模阻抗，可以抑制多余的cm噪声。
图4显示了50 mm和750 mm平均电流探头ce结果，对不安装扼流圈的初始电路和将扼流圈安装在led驱动器电路之前的电路进行比较。图中也显示了环境本底噪声作为参考。fm频段ce（76 mhz至～108 mhz）降低了8 db？a以上。
表1．测试所用电感的技术规格比较
电感带来变化
快速变化的电压和电流作用于主电感，使其成为电磁天线，因此，电感可以成为fm频段ce噪声的来源。我们可以使用多种电感方法来改善emi测试结果。例如，电感安装的方向可以带来改变。2屏蔽电感的辐射通常比非屏蔽电感低，有些磁芯材料对h场和e场辐射的抑制作用也比其他材料强。例如，铁粉和金属合金粉电感在频率高于1 mhz时，e场屏蔽效果减弱。mnzn和nizn在更高开关频率下性能更好。2， 3带裸露焊盘的电感性能不如焊盘未裸露的电感。将内部线圈的长引线连接到高dv？dt（开关）节点会使e场辐射大幅增加。
图4．电流探头ce测试表明，在使用共模扼流圈时，fm频段内的辐射较低
图5．电流探头ce测试结果比较（电感）
图6．电流探头ce测试结果比较（开关频率）
采用三个22 ？h屏蔽电感进行测试，如表1所示。在不采用cm扼流圈的相同电路中评估emi，每个电感都按照能提供最佳性能的方向安装。比较结果如图5所示。在本次研究中，coilcraft xel电感的fm频段噪声抑制性能最佳，与其他3l电感相比，将fm频段emi降低5．1 db。
开关频率（fsw）越低，fm频段内的噪声越小
降低开关频率可以降低给定高频下的发射能量。在图6中，对不使用cm扼流圈的电路执行电流探头ce测试，并比较在200 khz、300 khz和400 khz开关频率下的测试结果。除rt外的所有组件都保持不变。测试结果显示，200 khz时fm频段内的emi最低，与400 khz时相比，辐射降低3．2 db。
通过减小开关节点面积来减少天线噪声
高dv？dt开关节点是一个噪声源，会产生电容耦合，增加ce中的cm emi噪声。它也像天线一样工作，向空间辐射电磁噪声，也会影响辐射emi。因此，尽可能减小pcb布局上的开关节点面积可以改善emi性能。
为了在pcb电路板上测试这一点，我们切除了部分铜芯，并将电感移动到更靠近ic的位置（如图7所示），以此减小开关节点面积。我们测试了切除铜芯之前和之后的emi，测试结果如图8所示。
结果显示，50 mm电流探头ce测试在105 mhz时降低了1 db，而750 mm测试没有明显改善。这一结果表明，在此应用中，铜芯面积不是影响fm频段emi的主要因素。尽管如此，为了实现低emi的pcb布局，或在设法消除emi期间，尽量减小开关节点面积仍然是值得尝试的。
图7．开关节点切除区域
结论
电源的emi性能主要取决于电源ic的性能，但即使是高性能ic，也只能通过选择合适的组件和有效的pcb布局来实现低emi。在本文中，我们利用基于lt3922－1汽车hud led驱动器构建的电路板，探讨了几种抑制fm频段内传导辐射（ce）的方法。
在正负输入电缆上安装cm扼流圈会增大共模噪声电流回路中的阻抗。采用不同磁芯材料、磁芯结构和线圈结构的不同电感，其emi性能结果也有所不同。仅通过查看技术规格很难判断哪个电感的效果最好，但可以在emi实验室中进行比较。
pcb上电感的安装方向也很重要。降低开关频率和减小开关节点铜面积都有助于降低fm频带内ce。如果dut是使用控制器（外部mosfet）的开关稳压器电路，则可以通过降低开关压摆率和尽可能减小热回路面积来进一步降低fm频带emi。
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如何抑制来自开关电源的复杂的fm频段传导辐射？
答案：
虽然emi屏蔽和铁氧体夹是较受欢迎的emi解决方案，但它们价格昂贵、体积笨重，有时使用效果不理想。我们可以通过了解fm频段emi噪声的来源，以及利用电路和pcb设计技术从源头进行抑制，以降低这些噪声。
电源网络的emi性能在噪声敏感型系统中至关重要，例如汽车电路，尤其是涉及开关模式电源（smps）的情况下。工程师们可能需要花费大量时间来减少传导辐射（ce）和电磁辐射骚扰（re）。特别是，在测量ce时，fm频段（76 mhz至～108 mhz）可能是最难达到要求并通过测试的区域。设计人员可能需要花费大量时间来解决这一问题。为何fm频段中的ce噪声如此难以消除？
低频（am频段）ce中的噪声主要为差模（dm）噪声。高频（fm频段）ce中的噪声主要为共模（cm）噪声。1共模噪声电流由pcb上电压变化的节点产生。电流通过杂散电容泄漏至参考地，然后返回正负输入电缆（参见图1）。因为pcb周围的杂散电容非常复杂，所以无法仿真杂散电容和预估fm频段的传导emi。最好是在emi室中测试电路板。
图1．传导辐射、共模噪声电流路径
在实验室中，有些行之有效的方法可以有效降低fm频段的emi，包括改变开关频率、开关压摆率、开关节点布局、热回路布局、电感，甚至是输入电缆和负载的位置。每种方法的功效因电路板而异。
本文探讨几种简单的低成本方法，可以在不使用铁氧体夹或屏蔽的情况下降低电路板上的fm频段传导emi。我们在经过认证的emi室中，将lt3922－1汽车hud led驱动器装载到电路板上，然后执行电流探头ce测试，以验证结果，如图2所示。
图2．lt3922－1汽车hud led驱动器的简化原理图
在本次测试中，我们根据cispr 25 emi设置，采用电流探头法来测量ce，如图3所示。我们可以使用电压探头法或电流探头法来测试ce，但大家普遍认为电流探头法标准更加严格。电流ce方法不是测量lisn的电压输出，而是利用高带宽电流探头来测量通过电源线或线束传送的cm噪声信号，它们分别距离dut 50 mm和750 mm。每次扫描时采集ce的峰值和平均数据，并与公布的标准限值进行比较。
图3．emi测试室（50 mm）中的cispr 25电流探头传导辐射（ce）设置
使用电流探头方法时，cispr 25 class 5中描述的fm频段平均ce限值低至？16 db？a。这里，我们展示几种在使用电流探头法测试ce时，可以有效改善fm频段的测试结果的方法。其中许多方法也可用于在使用电压探头法测试ce时改善测试结果。
除非另有说明，本次研究中进行的所有测试均启用ssfm功能。启用ssfm之后，开关频率及其谐波下的emi尖峰都会降低。
共模扼流圈可抑制em频段的emi噪声
cm噪声电流是在开关过程中产生的，通过杂散电容泄漏到参考地，然后通过同一方向的输入电源和回路返回。通过使用cm扼流圈提高回路中的共模阻抗，可以抑制多余的cm噪声。
图4显示了50 mm和750 mm平均电流探头ce结果，对不安装扼流圈的初始电路和将扼流圈安装在led驱动器电路之前的电路进行比较。图中也显示了环境本底噪声作为参考。fm频段ce（76 mhz至～108 mhz）降低了8 db？a以上。
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电感带来变化
快速变化的电压和电流作用于主电感，使其成为电磁天线，因此，电感可以成为fm频段ce噪声的来源。我们可以使用多种电感方法来改善emi测试结果。例如，电感安装的方向可以带来改变。2屏蔽电感的辐射通常比非屏蔽电感低，有些磁芯材料对h场和e场辐射的抑制作用也比其他材料强。例如，铁粉和金属合金粉电感在频率高于1 mhz时，e场屏蔽效果减弱。mnzn和nizn在更高开关频率下性能更好。2， 3带裸露焊盘的电感性能不如焊盘未裸露的电感。将内部线圈的长引线连接到高dv？dt（开关）节点会使e场辐射大幅增加。
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结果显示，50 mm电流探头ce测试在105 mhz时降低了1 db，而750 mm测试没有明显改善。这一结果表明，在此应用中，铜芯面积不是影响fm频段emi的主要因素。尽管如此，为了实现低emi的pcb布局，或在设法消除emi期间，尽量减小开关节点面积仍然是值得尝试的。
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结论
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pcb上电感的安装方向也很重要。降低开关频率和减小开关节点铜面积都有助于降低fm频带内ce。如果dut是使用控制器（外部mosfet）的开关稳压器电路，则可以通过降低开关压摆率和尽可能减小热回路面积来进一步降低fm频带emi。
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