有限且不断缩小的电路板空间、严重的规划周期以及严厉的电磁搅扰(EMI)标准（例如CISPR 32和CISPR 25）这些约束要素，都导致取得具有高功率和杰出热功用电源的难度很大。在整个规划周期中，电源规划一般根本处于规划进程的最终阶段，规划人员需求尽力将杂乱的电源挤进更紧凑的空间，这使问题变得愈加杂乱，十分令人懊丧。为了准时完结规划，只能在功用方面做些退让，把问题丢给测验和验证环节去处理。简略、高功用和处理计划尺度三个考虑要素一般彼此抵触：只能优先考虑一两个，而抛弃第三个，特别当规划期限接近时。献身一些功用变得习以为常；其实不该该是这样的。
本文首要概述了在杂乱的电子体系中电源带来的严重问题：即 EMI，一般简称为噪声。电源会发生EMI，有必要加以处理，那么问题的本源是什么？一般有何缓解办法？本文介绍削减 EMI 的战略，提出了一种处理计划，能够削减EMI、坚持功率，并将电源放入有限的处理计划空间中。
什么是EMI？
电磁搅扰是会搅扰体系功用的电磁信号。这种搅扰通过电磁感应、静电耦合或传导来影响电路。它对轿车、医疗以及测验与丈量设备制造商来说，是一项要害规划应战。上面说到的许多约束和不断进步的电源功用要求（功率密度增加、开关频率更高以及电流更大）只会扩展EMI的影响，因而亟需处理计划来削减 EMI。许多职业都要求有必要满意EMI标准，假如在规划初期不加以考虑，则会严重影响产品的上市时刻。
EMI耦合类型
EMI是电子体系中的搅扰源与接收器（即电子体系中的一些元件）耦合时所发生的问题。 EMI 按其耦合介质可归类为：传导或辐射。
传导 EMI（低频，450 kHz至30 MHz）
传导EMI通过寄生阻抗以及电源和接地衔接以传导办法耦合到元件。噪声通过传导传输到另一个器材或电路。传导EMI能够进一步分为共模噪声和差模噪声。
共模噪声通过寄生电容和高dV/dt (C × dV/dt)进行传导。它通过寄生电容沿着恣意信号（正或负）到GND的途径传输，如图1所示。
Differential-mode noise is conducted via parasitic inductance (magnetic coupling) and a high di/dt (L × di/dt).
差模噪声通过寄生电感（磁耦合）和高di/dt (L × di/dt)进行传导。
图1.差模和共模噪声。
辐射 EMI（高频，30 MHz 至1 GHz）
辐射EMI是通过磁场能量以无线办法传输到待测器材的噪声。在开关电源中，该噪声是高di/dt与寄生电感耦合的成果。辐射噪声会影响附近的器材。
EMI 操控技能
处理电源中EMI相关问题的典型办法是什么？首要，确认 EMI 便是一个问题。这看似很清楚明了，可是确认其具体情况或许十分耗时，因为它需求运用EMI测验室（并非到处都有），以便对电源发生的电磁能量进行量化，并确认该电磁能量是否契合体系的EMI标准要求。
假定通过测验，电源会带来EMI问题，那么规划人员将面对通过多种传统的校对战略来削减 EMI 的进程，其间包含：
● 在尽或许小的电路板空间中完结高功率。
● 杰出的热功用。
● 布局优化：精心的电源布局与挑选适宜的电源组件相同重要。成功的布局很大程度上取决于电源规划人员的经历水平。布局优化本质上是个迭代进程，经历丰富的电源规划人员有助于最大极限地削减迭代次数，然后防止耽误时刻和发生额定的规划本钱。问题是：内部人员往往不具备这些经历。
● 缓冲器：一些规划人员会提早规划并为简略的缓冲器电路（从开关节点到GND的简略RC滤波器）供给占位面积。这样能够按捺开关节点的振铃现象（一项发生EMI的要素），可是这种技能会导致损耗增加，然后对功率发生负面影响。
● 下降边缘速率：削减开关节点的振铃也能够通过下降栅极导通的压摆率来完结。不幸的是，与缓冲器相似，这会对整个体系的功率发生负面影响。
● 展频(SSFM)：许多ADI公司的Power by Linear™开关稳压器都供给该特性，它有助于产品规划通过严厉的EMI测验标准。选用SSFM技能，在已知规模内（例如，编程频率fSW±10%的改变规模）对驱动开关频率的时钟进行调制。这有助于将峰值噪声能量分配到更宽的频率规模内。
● 滤波器和屏蔽：滤波器和屏蔽总是会占用很多的本钱和空间。它们也使出产杂乱化。
● 以上一切约束办法都能够削减噪声，可是它们也都存在缺点。最大极限地削减电源规划中的噪声一般能够彻底处理问题，但却很难完结。ADI 公司的 Silent Switcher® 和 Silent Switcher 2 稳压器在稳压器端完结了低噪声，然后无需额定的滤波、屏蔽或很多布局迭代。因为不用选用贵重的反制办法，加快了产品上市时刻并节约很多的本钱。
最大极限地减小电流回路
为了削减 EMI，有必要确认电源电路中的热回路（高di/dt回路）并削减其影响。热回路如图2所示。在标准降压转化器的一个周期内，当 M1 封闭而 M2 翻开时，沟通电流沿着蓝色回路活动。在M1翻开而M2封闭的封闭周期中，电流沿着绿色回路活动。发生最高EMI的回路并非彻底直观可见，它既不是蓝色回路也不是绿色回路，而是传导全开关沟通电流（从零切换到IPEAK，然后再切换回零）的紫色回路。该回路称为热回路，因为它的沟通和EMI能量最大。
导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感。要削减EMI并改进功用，需求尽量削减紫色回路的辐射效应。热回路的电磁辐射打扰随其面积的增加而增加，因而，假如或许的话，将热回路的PC面积减小到零，并运用零阻抗抱负电容能够处理该问题。
图2.降压转化器的热回路。
运用Silent Switcher稳压器完结低噪声
磁场抵消
尽管不或许彻底消除热回路区域，可是咱们能够将热回路分红极性相反的两个回路。这能够有效地构成部分磁场，这些磁场在距IC恣意方位都能够有效地彼此抵消。这便是 Silent Switcher 稳压器背面的概念。
图3. Silent Switcher 稳压器中的磁场抵消。
倒装芯片代替键合线
改进EMI的另一种办法是缩短热回路中的导线。这能够通过抛弃将芯片衔接至封装引脚的传统键合线办法来完结。在封装中倒装硅芯片，并增加铜柱。通过缩短内部FET到封装引脚和输入电容的间隔，能够进一步缩小热回路的规模。
图4.LT8610键合线的拆解示意图。
图5.带有铜柱的倒装芯片。
Silent Switcher与Silent Switcher 2
图6.典型的Silent Switcher运用原理图及其在PCB上的外观。
图6显现了运用Silent Switcher稳压器的一个典型运用，可通过两个输入电压引脚上的对称输入电容来辨认。布局在该计划中十分重要，因为Silent Switcher技能要求尽或许将这些输入电容对称安置，以便发挥场彼此抵消的优势。不然，将损失Silent Switcher技能的优势。当然，问题是怎么保证在规划及整个出产进程中的正确布局。答案便是Silent Switcher 2稳压器。
Silent Switcher 2
Silent Switcher 2稳压器能够进一步削减EMI。通过将电容（VIN电容、INTVCC和升压电容）集成到LQFN封装中，消除了EMI功用对PCB布局的灵敏性，然后能够放置到尽或许接近引脚的方位。一切热回路和接地层都在内部，然后将EMI降至最低，并使处理计划的总占板面积更小。
图7.Silent Switcher运用与Silent Switcher 2运用框图。
图8.去封的LT8640S Silent Switcher 2稳压器。
Silent Switcher 2技能还能够改进热功用。LQFN倒装芯片封装上的多个大尺度接地暴露焊盘有助于封装通过PCB散热。消除高电阻键合线还能够进步转化功率。在进行EMI功用测验时， LT8640S 能满意CISPR 25 Class 5峰值约束要求，并且具有较大的裕量。
µModule Silent Switcher 稳压器
凭借开发Silent Switcher产品组合所取得的常识和经历，并合作运用现有的广泛µModule®产品组合，使咱们供给的电源产品易于规划，一起满意电源的某些重要方针要求，包含热功用、可靠性、精度、功率和杰出的EMI功用。
图9所示的 LTM8053 集成了可完结磁场抵消的两个输入电容以及电源所需的其他一些无源组件。一切这些都通过一个 6.25 mm × 9 mm × 3.32 mm BGA封装完结，让客户能够专注完结电路板的其他部分规划。
图9.LTM8053 Silent Switcher暴露芯片及EMI成果。
无需LDO稳压器——电源事例研讨
典型的高速ADC需求许多电压轨，其间一些电压轨噪声有必要十分低才干完结ADC数据表中的最高功用。为了在高功率、小尺度板空间和低噪声之间达到平衡，遍及承受的处理计划是将开关电源与LDO后置稳压器结合运用，如图10所示。开关稳压器能够以更高功率完结更高的降压比，但噪声相对也较大。低噪声LDO后置稳压器功率相对较低，但它能够按捺开关稳压器发生的大部分传导噪声。尽或许减小LDO后置稳压器的降压比有助于进步功率。这种组合能发生洁净的电源，然后使ADC以最高功用运转。但问题在于多个稳压器会使布局更杂乱，并且LDO后置稳压器在较高负载下或许会发生散热问题。
图10.为 AD9625 ADC供电的典型电源规划。
图10所示的规划明显需求进行一些权衡取舍。在这种情况下，低噪声是优先考虑事项，因而功率和电路板空间有必要做些退让。但或许不用如此。最新一代的Silent Switcher µModule器材将低噪声开关稳压器规划与µModule封装相结合，能够一起完结易规划、高功率、小尺度和低噪声的方针。这些稳压器不只尽或许削减了电路板占用空间，并且完结了可扩展性，可运用一个µModule稳压器为多个电压轨供电，进一步节约了空间和时刻。图11显现了运用 LTM8065 Silent Switcher µModule稳压器为ADC供电的电源树代替计划。
图11.运用Silent Switcher µModule稳压器为AD9625供电，可节约空间的处理计划。
这些规划都已通过彼此测验比较。ADI公司最近宣布的一篇文章对运用图10和图11所示电源规划的ADC功用进行了测验和比较1。测验包含以下三种装备：
● 运用开关稳压器和LDO稳压器为ADC供电的标准装备。
● 运用LTM8065直接为ADC供电，不进跋涉一步的滤波。
● 运用LTM8065和额定的输出LC滤波器，进一步净化输出。
测得的 SFDR 和 SNRFS 成果表明，LTM8065 可用于直接为 ADC 供电，并不会影响 ADC 的功用。
这个实施计划的中心优势是大大削减了元件数量，然后进步了功率，简化了出产并削减了电路板占位空间。
小结
总归，跟着更多体系级规划需求满意愈加严厉的标准，尽或许充分利用模块化电源规划变得至关重要，特别在电源规划专业经历有限的情况下。因为许多细分商场要求体系规划有必要契合最新的EMI标准要求，因而将Silent Switcher技能运用于小尺度规划，一起凭借µModule稳压器简略易用的特性，能够大大缩短产品上市时刻，一起还能够节约电路板空间。
Silent Switcher µModule稳压器的优势
● 节约PCB布局规划时刻（无需从头规划电路板即可处理噪声问题）。
● 无需额定的EMI滤波器（节约元件和电路板空间本钱）。
● 下降了内部电源专家进行电源噪声调试的需求。
● 在宽作业频率规模内供给高功率。
● 为噪声灵敏型器材供电时，无需运用LDO后置稳压器。
● 缩短规划周期。
● 在尽或许小的电路板空间中完结高功率。
● 杰出的热功用。
参考文献
1 Aldrick Limjoco、Patrick Pasaquian和Jefferson Eco，“Silent Switcher µModule稳压器为GSPS采样ADC供给低噪声供电，并节约一半空间”ADI公司，2018年10月。
作者简介
Bhakti Waghmare现任Power by Linear产品部μModule稳压器的产品营销工程师，作业地点在美国加利福尼亚州圣克拉拉市。她担任μModule稳压器电源产品的商场营销支撑。Bhakti于2018年参加ADI公司。她具有韦恩州立大学（坐落美国密歇根州底特律）机械工程学士学位和工业工程硕士学位。
Diarmuid Carey是欧洲中心运用中心的运用工程师，作业地点在爱尔兰利默里克。他自2008年以来一向担任运用工程师，并于2017年参加ADI公司，为欧洲的很多商场客户供给Power by Linear产品组合的规划支撑。他具有利默里克大学计算机工程学士学位。
