使用擴(kuò)頻技術(shù)解決車輛電源EMI的開關(guān)噪聲問(wèn)題

擴(kuò)頻是一種與開關(guān)穩(wěn)壓器相關(guān)的技術(shù)，可抑制來(lái)自感興趣頻帶的不需要的噪聲，并將其推入噪聲不會(huì)干擾系統(tǒng)的區(qū)域，或者更容易處理的區(qū)域。

盡管該技術(shù)不能消除系統(tǒng)中的噪聲——它僅用于避開關(guān)鍵頻段——但使用擴(kuò)頻是目前的行業(yè)趨勢(shì)，主要是由日益復(fù)雜的系統(tǒng)和更高水平的集成需求推動(dòng)的，導(dǎo)致跨復(fù)雜多層設(shè)計(jì)的系統(tǒng)之間的更多交互。最明顯的例子是汽車中電子控制單元 (ECU) 數(shù)量的增加以及線束的復(fù)雜性增加。線束需要以越來(lái)越高的水平承載信號(hào)、電力和通信。

現(xiàn)代電源工程師發(fā)現(xiàn)他的辦公桌上出現(xiàn)了更新的規(guī)格，特定頻段的噪聲抑制變得越來(lái)越嚴(yán)格，并且目標(biāo)越來(lái)越低以迎合系統(tǒng)復(fù)雜性的增加。許多人將擴(kuò)頻技術(shù)視為一種解決方案，因?yàn)樗梢韵逯翟肼暡⑹闺娫丛O(shè)計(jì)符合目標(biāo)噪聲規(guī)范。

擴(kuò)頻在其實(shí)現(xiàn)中絕不是一個(gè)簡(jiǎn)單的答案;我們還必須考慮幾種調(diào)制技術(shù)。該技術(shù)包括偽隨機(jī)、三角和鋸齒等方法，以及基頻的抖動(dòng)百分比和抖動(dòng)的偏差或重復(fù)率。所有這些旋鈕對(duì)噪聲都有某種額外的和可能不需要的影響。

圖 1 顯示了使用擴(kuò)頻技術(shù)抑制噪聲和添加了汽車標(biāo)準(zhǔn) CISPR 25，第 5 類作為比較的基礎(chǔ)。圖 1 顯示的是抑制基波諧波頻帶(在本例中為 2.1 MHz)中的噪聲。我們可以清楚地看到噪聲被抑制，高于基頻。抑制較高頻率的噪聲可簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)，并提高滿足噪聲目標(biāo)的能力。

但是，如果我們查看次諧波，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)噪聲已經(jīng)增長(zhǎng)，雖然它仍然符合 CISPR 25 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，但它可能會(huì)導(dǎo)致 AM 頻段出現(xiàn)問(wèn)題。必須使用數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 來(lái)消除 AM 頻段中的這種不需要的噪聲——或者更糟糕的是，它仍然可以聽到。這種 AM 干擾在信息娛樂(lè)等系統(tǒng)中非常沒(méi)有吸引力，并且可能意味著更復(fù)雜的輸入數(shù)字濾波器。因此，它并沒(méi)有消除問(wèn)題，而是將其推到設(shè)計(jì)的另一部分，從模擬設(shè)計(jì)工程師到數(shù)字設(shè)計(jì)工程師。

圖 1：傳導(dǎo)頻帶 CISPR 25，5 類，帶和不帶擴(kuò)頻

所以，你可以做什么?簡(jiǎn)單的答案是首先停止噪音。通過(guò)使用針對(duì)噪聲抑制而調(diào)整的集成電路 (IC) 技術(shù)和良好的印刷電路板 (PCB) 布局技術(shù)，可以限制問(wèn)題。如果你不產(chǎn)生噪音或者你可以限制它，那么你不需要抑制它;或者也許我們可以將其抑制在較不激進(jìn)的水平，以便其他技術(shù)更有益。僅在好處已知且不影響其他電路和設(shè)計(jì)的情況下謹(jǐn)慎使用擴(kuò)頻。

TI 的PMP9458參考設(shè)計(jì)(圖 2)就是如何為低噪聲設(shè)計(jì)電源的一個(gè)很好的例子?！坝糜谄嚰?jiǎn)卧?CISPR 25 Class 5 額定 14W 多輸出電源”參考設(shè)計(jì)特意在同一印刷電路板上同時(shí)使用 sub-AM 波段(低于 1 MHz)和高頻(高于 2 MHz)開關(guān)穩(wěn)壓器. 它還使用了 ASYNC 和 SYNC 產(chǎn)品的組合，這些產(chǎn)品在 IC 級(jí)設(shè)計(jì)以抑制噪聲。請(qǐng)記住從一開始就使用良好的布局技術(shù)來(lái)抑制噪聲。

在可以使設(shè)計(jì)工程師的系統(tǒng)性能受益的系統(tǒng)中使用時(shí)，我認(rèn)為擴(kuò)頻技術(shù)既是頭痛藥片，也是維生素藥片，具體取決于使用時(shí)間。良好的 PCB 設(shè)計(jì)和組件選擇將對(duì)我們的設(shè)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生同樣的影響，使整個(gè)系統(tǒng)解決方案受益，并且可能不會(huì)將問(wèn)題推向不同的領(lǐng)域。在實(shí)施之前，我會(huì)仔細(xì)考慮這些技術(shù)的好處。

圖 2： LM26003 -q1和LM26420-q1的PMP9458參考設(shè)計(jì)