如何降低电磁干扰 (EMI) 和EMI来源

1、前言

在工业、汽车和个人计算应用中继续进行密度和互连增强。各种电路彼此靠得很近，以改善这些系统的外形和功能。在这种情况下，降低电磁干扰 (EMI) 的影响已成为系统设计中的一个重要考虑因素。

图 1显示了一个车载摄像头模块，作为这种多功能系统的一个例子。它包含一个接近4Gbps串行器的2兆像素成像器和一个4通道电源管理IC (PMIC) 。复杂性和密度肯定会增加，但作为一个副作用，成像器和信号处理元件等敏感电路将位于非常靠近承载高电流和高电压的 PMIC 的位置...... 由于这种布置，串联电路不可避免地会产生电磁干扰，从而影响敏感设备的功能。但是，如果设计师在设计阶段就密切关注，情况就不一样了。

图 1 :汽车摄像头模组

电磁干扰（EMI）是两种方式的表单可能表面。考虑将无线电连接到与电钻相同的电源，如图 2所示。在这种情况下，来自电机的导电、灵敏的无线系统（通过接线）的运行会受到影响。因为他们从同一个来源获得电力。电机还会以辐射电磁波的形式（通过空气）影响无线电的功能。电机向空气中发射电磁波，无线天线接收电磁波。

终端设备制造商要确保干扰信号产生电路和高灵敏度电路在将各种来源采购的各种元件组合在一起时能够和平共处并正常运行，唯一的办法就是制定一套通用规则。换句话说，对干扰信号产生电路设置一个上限，并设计高灵敏度电路来处理该级别的干扰。

图 2 ：传导和辐射路径引起的电磁干扰

2.一般的各种EMI

已经以行业标准规范的形式制定了限制干扰的规则，例如针对汽车行业的 CISPR（国际无线电干扰特别委员会）25 和针对多媒体设备的 CISPR 32。各种 CISPR 标准对于 EMI 设计都很重要。这些标准决定了任何 EMI 降低方案的目标性能。各种 CISPR 标准可以根据干扰模式分为传导和辐射限制，如图 3 所示。图 3 中每幅图中的水平条表示使用标准 EMI 测量仪器进行测量时被测设备可以承受的最大电磁限制。

图 3：传导和辐射 EMI 的典型标准

3.电磁干扰的原因

要构建兼容各种 EMI 标准的系统，您需要清楚地了解 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)。对于大多数应用，这种类型的开关电源比线性稳压器提供了显着的效率改进。然而，这种效率的提高是要付出代价的。作为 SMPS 一部分的功率 FET（场效应晶体管）的开关行为是 EMI 的主要来源。

如图 4 所示，SMPS 的开关特性是由于不连续的输入电流、开关节点处的快速边沿速率以及由电源环路中存在的多个寄生电感引起的开关边沿附近造成的，从而导致额外的振铃。不连续电流影响低于 30MHz 的频段，而开关节点快速边沿和振铃影响 30 到 100MHz 和 100MHz 以上的频段。

图 4：SMPS 操作期间 EMI 的主要原因

降低 EMI 的传统和先进方法

传统设计使用两种主要方法来降低开关转换器产生的 EMI。两者都有自己的成本。为了应对低频（30MHz以下）电磁波，满足各种适用标准，在开关变换器的输入侧放置了具有高值电感/电容的滤波器，但增加了成本和功耗。它导致低密度解决方案。

在实际的栅极驱动器设计中，缓慢的开关边沿通常可以减少高频电磁波。这种方法有助于降低 30MHz 以下带宽中的 EMI，但较低的边缘速率会导致较高的开关损耗和较低效率的解决方案。换句话说，降低功率密度和效率是实现具有降低 EMI 的解决方案的权衡的独特特征。

TI 的各种开关转换器和控制器，LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1，如图 5 所示，可帮助您解决权衡问题，并结合高功率密度、高效率和低 EMI 的优势。中所示的技术被纳入设计。对于扩频、有源 EMI 滤波、取消绕组、封装创新、内置输入旁路电容器、为感兴趣的特定频段定制的特定真实压摆率控制技术等。有关更多信息，请参阅上面的白皮书和参考培训视频细节。

图 5：在 TI 电源转换器和控制器中安装的各种方法来最大限度地减少 EMI

4.总结

专注于低 EMI 的设计可以显着缩短开发周期时间，并减少电路板面积和解决方案成本。TI 提供了许多功能和技术来帮助降低 EMI。TI 的各种 EMI 优化电源管理器件可确保使用 TI 组件的设计符合行业标准，而无需大量返工或返工。... 我们希望这些信息和相关内容有助于简化设计过程，并确保正在开发的最终产品在不牺牲功率密度或效率的情况下保持在 EMI 限制以下。