出于各种原因，电子体系需求施行阻隔。它的作用是维护人员和设备不受高电压的影响，或许仅仅是消除PCB上不需求的接地回路。在各式各样的运用中，包括工厂和工业自动化、医疗设备、通讯和消费类产品，它都是一个根本规划元素。
尽管阻隔至关重要，但它的规划也极端杂乱。操控功率和数据信号经过阻隔栅时，会发生电磁搅扰(EMI)。这些辐射发射(RE)会对其他电子体系和网络的功能发生负面影响。
关于带阻隔的电路规划，一个重要的进程是跨阻隔栅传输功率，并缓解发生的RE。尽管传统办法或许卓有成效，但它们往往需求权衡取舍。其间或许包括运用分立式电路和变压器来传输功率。这种办法粗笨耗时，会占用名贵的PCB空间，无一不会添加本钱。更经济高效的处理方案是将变压器和所需的电路集成到更小外形中，如芯片封装。
尽管这样能够节约电路板空间，下降规划的杂乱性和本钱，但也使得变压器体积变小，具有的绕组更少，需求更高的开关频率（高达200 MHz）才干高效地将所需的功率传输到次级端。在更高频率下，寄生共模(CM)电流或许经过变压器的绕组以容性办法从初级端耦合至次级端。因阻隔栅的性质所限，没有物理途径能够让这些CM电流回来初级端。阻隔栅构成一个偶极，将能量以CM电流的办法辐射，并让其回来到初级端。这就引发了另一个重要考虑要素：合规性。
电磁兼容性(EMC)要求
产品上市前，有必要契合EMC规则。将变压器和所需的电路集成到更小的封装中会发生EMI，因而需求选用杂乱且本钱昂扬的RE按捺技能，以满意电磁兼容性(EMC)法规的要求。
EMC是指电子体系在其方针环境中正常作业而不搅扰其他体系的才能。全球不同区域都有EMC法规，用于保证一切产品在有其他产品存在的状况下都能正常作业。辐射发射量有必要低于方针运用环境和运用场合所对应的规则水平。因而，EMC测验和认证已成为产品上市进程的一个重要组成部分。在欧盟出售的产品需求具有CE标志，而在美国出售的产品则需求取得FCC分类认证。为取得这些认证，需求对体系履行一套EMC测验。在工业、医疗、通讯和消费环境中，辐射发射一般有必要契合CISPR 11/EN 55011、CISPR 22/EN 55022或FCC Part 15规范。
图1.发射量增高的示例。
CISPR 11/EN 55011
此规范适用于为工业、科学和医疗(ISM)意图而规划的发生射频能量的设备。在规范范围内，设备或许分为两组。第2组包括有意生成并在部分运用射频能量的一切ISM RF设备。第1组包括此规范范围内不属于第2组的一切设备。
CISPR 22/EN 55022
此规范适用于满意下述条件的信息技能设备(ITE)：主要功能是将输入、存储、显现、检索、传输、处理、沟通或操控数据和电信信息结合起来，或许装备一个或多个终端端口，一般用于传输信息。
在各个规范下，设备被进一步分类，每个类别需遵从一组独自的排放约束。
A类：用在工业运用和非住所区的设备
B类：用在住所环境中的设备
由于B类约束掩盖的是住所（或轻工业）环境，而这种环境中的产品更有或许互相十分挨近（播送和电视接收器的10米范围内），因而愈加严厉（比A类低10 dB之多），防止引起搅扰问题。
图2显现了与CISPR 11/EN 55011和CISPR 22/EN 55022相关的A类和B类约束线。在这个频率范围内，契合CISPR 22/EN 55022 B类规范意味着也契合CISPR 11/EN 55011 B类规范。
图2.辐射发射规范—约束线。
在规划周期一开始就考虑EMC
据报道，50%的产品初次EMC测验都以失利告终。1这或许是由于缺少相关常识，且未能在产品规划阶段的前期运用EMC规划技能。假如在功能规划完结之前一向疏忽EMC问题，一般会带来消耗时刻且价值昂扬的应战。此外，跟着产品开发进程的不断深入，能够用来处理EMC问题的技能也越来越少，由于产品方面的更改必将导致方案超时和本钱添加。
想要最大极限地缩短规划时刻和下降项目本钱，在项目开始时就进行EMC规划是至关重要的。组件的挑选和放置也很重要。将现已契合行业规范的器材归入挑选和规划能够进步合规性。
EMI按捺技能：亟需更好的办法
与运用分立式变压器的传统办法比较，将变压器和电路集成到芯片级封装中可削减组件数量，然后大大节约PCB空间，但或许会引进更高的辐射发射。辐射发射按捺技能会使PCB的规划愈加杂乱，或需求额外组件，因而或许会抵消集成变压器所节约的本钱和空间。
例如，在PCB等级按捺辐射发射的一种常见办法是为CM电流构成一个从次级端至初级端的低阻抗途径，然后下降RE水平。要完成这一点，能够在初级端和次级端之间运用旁路电容。该旁路电容能够是分立式电容，也能够是嵌入式夹层电容。
分立式电容是最简略的处理方案，或许是有引线或外表装置组件。它还具有适用于2层PCB的长处，但分立式电容价格昂贵且体积巨大，会占用名贵的PCB空间，特别是在或许堆叠了多个组件的阻隔栅旁。
另一个不是很抱负的处理方案是运用嵌入式旁路电容，当PCB中的两个面重合时就会构成该电容（图3）。此类电容具有一些十分有用的特性，原因在于平行板电容的电感极低，因而在更大的频率范围内都有用。它能够进步发射功能，但由于需求自定义层厚来取得正确的电容，且PCB需求四层或更多层，所以规划杂乱性和本钱都会增高。此外，还有必要经过阻隔的办法，保证内部堆叠层的间隔满意相关阻隔规范所规则的最低间隔规范。
图3.中心电源和接地层之间构成的内部PCB旁路电容。
旁路电容还答应沟通走漏及瞬变跨阻隔栅从一个接地层耦合至另一个接地层。尽管旁路电容一般很小，但高压高速瞬变可经过此电容跨阻隔栅注入很多电流。假如运用需接受恶劣的电磁瞬变，如静电放电、电快速瞬变和浪涌，也有必要考虑到这一点。
无论是分立式仍是嵌入式，运用旁路电容都不是抱负的按捺技能。它尽管能够协助削减辐射发射，却要以添加组件、选用杂乱的PCB布局和进步瞬态敏感性为价值。抱负的按捺技能不需求选用旁路电容，因而能够下降本钱和PCB规划的杂乱性。
免除运用杂乱按捺技能的必要
抱负状况下，集成的阻隔电源组件应该包括下降芯片辐射发射的办法，无需在外部额外添加杂乱的办法，即可保证经过体系级辐射发射测验。这样一来，只需将组件放置到2层板上，即可经过严厉的辐射发射测验，而无需屡次制造电路板。
低辐射发射阻隔器
ADI公司的下一代isoPower®系列产品选用立异的规划技能，能够防止发生很多辐射发射，甚至在没有旁路电容的2层板上也不破例。ADuM5020和ADuM5028在以大幅裕量满意CISPR 22/EN 55022 B类约束的一起，能够别离跨阻隔栅供给500 mW和330 mW功率。
图4.ADuM5020和ADuM5028。
ADuM5020选用16引脚宽体SOIC封装，而关于ADuM5028，能够挑选的最小封装是8引脚SOIC。ADuM5020/ADuM5028供给3 V和5 V两种电源选项，以及3 kV rms额外阻隔。ADuM5020/ADuM5028供给5 kV rms，能够到达与ADuM5020/ADuM5028相同的功率和辐射发射水平。
为了削减辐射发射，ADuM5020/ADuM5028具有超卓的线圈对称性和线圈驱动电路，有助于将经过阻隔栅的CM电流传输最小化。扩频技能也被用来下降某一特定频率的噪声浓度，并将辐射发射能量分散到更广泛的频段。在次级端运用贱价的铁氧体磁珠会进一步削减辐射发射。在RE合规测验期间，这些技能能够改进峰值和准峰值丈量水平。
图5 概念ADuM5020和铁氧体特性曲线。
图5显现了放置在接近VISO和GNDISO引脚的次级端的铁氧体磁珠。下一段中用于搜集辐射发射图的铁氧体是Murata BLM15HD182SN1。这些铁氧体在宽频率范围内具有高阻抗（100 MHz时为1800 Ω，1 GHz时为2700 Ω）。这些铁氧体下降了偶极的有用辐射功率。如图6所示，由于铁氧体磁珠的阻抗，CM电流环减小，偶极的有用长度显着缩短，使得偶极功率下降，辐射发射削减。
图6.运用铁氧体磁珠来削减有用偶极。
ADuM5020/ADuM5028供给即用型直流-直流电源处理方案。这种处理方案的性价比高、杂乱性低，占地面积小，且RE功能超卓，假如在规划周期开始时就归入到产品规划中，将有助于满意EMC法规的要求。
来自测验室的成果
ADuM5020/ADuM5028依据CISPR 22/EN 55022测验攻略在10 m半波暗室中进行测验。图7所示为一个典型的10 m测验室。依照规范规则，ADuM5020/ADuM5028评价PCB被放置在间隔天线校准点10 m远的非导电作业台上。保证DUT邻近没有其他导电外表，由于这会影响测验成果。图8显现了用于确认DUT的高发射频率的峰值扫描。这些点定位后，就能够进行准峰值丈量。在准峰值丈量期间，作业台会旋转360°,天线高度从1 m升高到4 m。记载最坏状况的准峰值丈量成果，并与约束线要求进行比较。
保证没有任何外部设备、金属平面或电缆会搅扰DUT的辐射发射测验。为了测验ADuM5020/ADuM5028评价板，运用带板载低压差稳压器的电池来坚持较小的电源电流环，并消除不必要的布线。
图8显现了在不同装备下捕获的ADuM5020/ADuM5028的峰值图。由于在ADuM5020/ADuM5028中选用了扩频技能，留意宽频段范围内的能量分散状况。图9显现了最坏状况的准峰值丈量值与CISPR 22/EN 55022 B类约束线比较的裕量。ADuM5020在输出电源为5 V (500 mW)，负载为100 mA的状况下，以超越5 dB的裕量经过了CISPR 22/EN 55022测验。这供给了大幅的规划灵活性。这种裕量起伏很有利，并且引荐到达这种裕量，由于在不同的测验设备中，测验室的质量、校准和设备的精度或许存在差异，或许导致丈量成果呈现动摇。假如终究产品需求在不同的测验室进行测验，且有必要契合CISPR 22/EN 55022规范，那么这一点至关重要。
图7.10 m测验室的图画和评价PCB。
图8.峰值图—ADuM5020/ADuM5028。
表1.成果
ADI公司的下一代isoPower系列产品供给紧凑的即用型电源处理方案，无需为了满意辐射发射约束而选用杂乱的PCB级按捺技能。ADuM5020/ADuM5028供给适用于阻隔规划的直流-直流即用型电源处理方案，满意以下辐射发射和产品规范要求：
CISPR 22/EN 55022（B类）：信息技能设备
CISPR 11/EN 55011（B类）：工业、科学和医疗设备
IEC 61000-6-4：通用规范—工业环境的辐射发射规范
IEC 61000-6-3：通用规范—住所、商业和轻工业环境的辐射发射规范
IEC 61131-2：可编程操控器—第2部分：设备要求和测验
IEC 621326：用于丈量、操控及实验室用处的电气设备
EMC要求—第1部分：一般要求
IEC 60601-1-2：医疗电气设备第1-2部分：根本安全和根本功能的一般要求—附加规范：电磁搅扰—要求和测验
IEC 61800-3：变速电力驱动体系—第3部分：EMC要求和详细的测验办法
IEC 63044-5-1：家用和修建电子体系(HBES)及修建自动化和操控体系(BACS)—第5-1部分：EMC要求、条件和测验设置
削减阻隔规划中的杂乱性和对立
规划阻隔式电源或许是规划进程中最具应战性的一个方面。构建一个处理方案需求权衡各种规划需求，且需求恪守全球多个不同区域的法规要求。由此做出的献身往往带来了尺度、分量和功能方面的负面影响，或许下降了满意EMC规范的才能。
为了顺畅满意EMC规范，能够在规划阶段的前期选用现现已过行业规范验证的器材。EMC应该归入到规划进程中，而不是过后才考虑。选用比如旁路电容之类的按捺技能会下降电子体系抗瞬变的才能，并添加本钱和规划杂乱性。ADI公司的下一代isoPower系列产品供给辐射发射按捺技能，无需具有旁路电容，仍可满意EN 55022/CISPR 22 B类规范要求。ADuM5020/ADuM5028选用扩频技能，可下降恣意频率下的功率水平。超卓的规划、变压器线圈对称性和两个贱价小铁氧体的运用有助于削减跨阻隔栅流向次接地层的CM电流。ADM5020/ ADuM5028满意CISPR 22/EN 55022 B类要求，在2层PCB上具有大幅裕量，无需选用本钱昂扬的PCB级RE按捺技能，因而可下降本钱。
参考文献
1 “为何50%的产品初次进行EMC测验都以失利告终。”Intertek。
作者简介
James Scanlon于2001年取得都柏林大学颁布的电子工程学学士学位。2008年，他取得了利默里克大学的VLSI体系工程硕士学位。2001年，James以见习工程师的身份参加坐落爱尔兰利默里克的ADI公司，从事规划评价作业。他现在在阻隔技能部门担任运用工程师，专门担任EMC方面的广泛产品组合。联系办法：james.scanlon@analog.com。
