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[文章]EMI简介:标准、原因和缓解技术

工程师
2021-09-09 19:31:09     打赏
工业、汽车和个人计算应用中的电子系统变得越来越密集和互连。为了改善这些系统的外形和功能,各种电路紧密地排列在一起。在这种限制下,降低电磁干扰 (EMI) 的影响成为系统设计的关键考虑因素。
图 1 显示了此类多功能系统的一个示例,即汽车摄像头模块,其中 2 兆像素成像器与 4 Gbps 串行器和四通道电源管理集成电路 (PMIC) 紧密相连。随之而来的复杂性和密度增加的一个副产品是像成像器和信号处理元件这样的敏感电路非常靠近携带大电流和电压的 PMIC。这种放置不可避免地会导致一组电路对敏感元件的功能产生电磁干扰——除非您在设计过程中特别注意。

图 1:汽车摄像头模块
电磁干扰 (EMI) 可以通过两种方式表现出来。考虑将无线电连接到与电动钻机相同的电源的情况,如图 2 所示。这里,敏感无线电系统的运行受到电机通过导电方式的影响,因为它们共享相同的电源插座. 电机还通过在空中耦合并被无线电天线接收的电磁辐射影响无线电的功能。
当终端设备制造商集成来自不同来源的组件时,确保干扰电路和敏感电路能够共存并正确运行的唯一方法是建立一套通用规则,为干扰电路设置限制,敏感电路在这些规则之内。电路需要能够处理。
图 2:传导和辐射方式引起的电磁干扰


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常见的 EMI 标准
旨在限制干扰的规则建立在行业标准规范中,例如用于汽车行业的 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 和用于多媒体设备的 CISPR 32。CISPR 标准对 EMI 设计至关重要,因为它们规定了任何 EMI 缓解技术的目标性能。CISPR 标准根据干扰模式分为传导和辐射限制,如图 3 所示。 图 3 中的条形表示使用标准 EMI 测量时被测设备可以承受的最大传导和辐射****限制测量设备。
图 3:传导和辐射 EMI 的典型标准
电磁干扰的原因
与 EMI 标准兼容的建筑系统需要清楚地了解 EMI 的主要原因。现代电子系统中最常见的电路之一是开关模式电源 (SMPS),它在大多数应用中比线性稳压器显着提高了效率。但这种效率是有代价的,因为 SMPS 中功率场效应晶体管的开关使其成为 EMI 的主要来源。
如图 4 所示,SMPS 中的开关特性会导致输入电流不连续、开关节点上的边沿速率过快以及由电源环路中的寄生电感引起的沿开关边沿的额外振铃。虽然不连续电流会影响 <30 MHz 频段中的 EMI,但开关节点的快速边沿和振铃会影响 30 至 100 MHz 和 > 100 MHz 频段中的 EMI。
图 4:SMPS 运行期间 EMI 的主要来源
减轻 EMI 的传统和先进技术
在传统设计中,有两种主要方法可以减轻开关转换器产生的 EMI,这两种方法都有相关的代价。为了处理低频 (<30 MHz) 辐射并满足适当的标准,在开关转换器的输入端放置大型无源电感电容滤波器会导致解决方案更昂贵、功率密度更低。
通过栅极驱动器的有效设计减慢开关边沿通常可以减轻高频辐射。虽然这有助于降低 >30-MHz 频段中的 EMI,但降低的边缘速率会导致开关损耗增加,从而导致解决方案效率较低。换句话说,为了实现更低的 EMI 解决方案,存在固有的功率密度和效率权衡。
为了解决这种权衡并获得高功率密度、高效率和低 EMI 的综合优势,如图 5 所示的大量技术被设计到 TI 的开关转换器和控制器中,例如 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和LM62440-Q1。这些技术,如扩频、有源 EMI 滤波、消除绕组、封装创新、集成输入旁路电容器和真正的压摆率控制方法是针对特定感兴趣的频段量身定制的,并在上面链接的白皮书和相关的白皮书中进行了深入描述。附加资源部分中链接的教学视频。
图 5:设计到 TI 电源转换器和控制器中以最大程度降低 EMI 的技术
结论
低 EMI 设计可以为您节省大量的开发周期时间,同时还可以减少电路板面积和解决方案成本。TI 提供多种功能和技术来减轻 EMI。将技术与 TI 的 EMI 优化电源管理器件结合使用可确保使用 TI 组件的设计无需大量返工即可通过行业标准。我希望这些信息和相关内容能够简化您的设计过程,并使您的终端设备保持在 EMI 限制之下,而不会牺牲功率密度或效率。
其他资源





关键词: EMI     简介     标准     原因     缓解     技术    

高工
2021-09-10 08:06:54     打赏
2楼

good


专家
2021-09-10 09:42:08     打赏
3楼

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高工
2021-09-10 09:45:32     打赏
4楼

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