1. 便携式音频产品电源体系介绍
1.1 布景
实践的产品开发中，便携式产品的 EMI 测验是用适配器给产品充电，有其他外接设备衔接也需求在测验时接上。下面以一个实践产品的开发为例，阐明这类产品规划的 EMI 规划要留意的问题，以及遇到辐射发射超支，怎么来剖析问题发生的原因。并找出解决问题的方法。
1.2 音频产品供电回路
如下图 1 是一个 Audio 产品的电源部分的原理图,这个产品有一个 charger 芯片 BQ24133，在这个运用中设置最大充电电流 2A。有一个 Boost 芯片 LM3478，把电池电压升压到 10V 给 Audio 芯片供电，满载电流 1A，别的一个 Boost 芯片 LM3478，把电池电压升到 5V，给 iphone 或许 ipad 充电，最大电流2A。适配器的直流输出线规范是 1.5 米，手机充电的电源线约 0.5 米，整个 PCB 板面积大约12mm×8mm，规划为两层板。
图 1：Audio 供电回路图
2. EMI 问题剖析
2.1 EMI 问题的发生
这类便携式产品要求经过规范 EN55022，Class B。这个产品的初版样机在辐射发射测验时(未接手机)，辐射发射 30M到 300M 频段严峻超支，在 200MHZ 左右，超支 20DB 以上。
2.2 剖析辐射发射超支的原因:
首要，先剖析辐射超支发生的原因，咱们知道 EMC 三要素，打扰源，耦合途径和灵敏设备。这个产品中开关方法作业的器材无疑是打扰源，也便是 BQ24133(开关频率 1.6MHZ)和两个 LM3478(开关频率400KHZ)。再看耦合途径，30M 到 300M 频段对应的波长是一米到十米，假如要发射必定波长的电磁波，需求一根发射天线，成为天线的必要条件是长度至少要大于波长的二十分之一，当天线是电磁波半波长的整数倍时，发射功率最大。满意以上条件能成为天线的导线便是几根外接线，最有或许的是适配器的直流电源线和地线。剖析 layout 规划，发现产品规划时，只用了一个地，在整个 PCB 的两层均大面积铺地，而且与适配器的地线衔接在一起，加上手机的充电导线，构成一根超越两米长的地线。别的BQ24133 充电电路和两个 LM3478 的升压电路底下也是大面积的铺地，形成高频搅扰直接耦合到地平面，经过长的地线发射出来。
3. 解决问题的方法:
针对以上剖析，做了整改。由所以便携式音频设备，没有 PE 线，无法运用 Y 电容，客户也不希
望运用共模电感添加本钱，所以首要优化 layout。采取了以下办法：
3.1 Layout 留意事项：
1)将每个电源回路整理，将模仿地和数字地分隔，每个单元电路不要彼此穿插。BQ24133 的数字地和模仿地分隔走线，在芯片下经过一个 0 欧姆电阻的单点接。别的，BQ24133 的功率地最好跟整个产品的地恰当切割，单点衔接。
2)减小谐波回路面积，对 LM3478，如图，MOS 管注册时，Cin，L 和 MOS 构成一个回路对电感充电，请看图 2(a)的 Cycle1。MOS 管关断时，Cin，L，D，Cout 构成另一个回路对电感放电，请看图 2(b)中的 Cycle2。关于二极管 D，替换作业在正导游通和反向截止的状况，因而，有很高的反向恢复尖峰电压，需求在二极管两头加 Snubber 电路来按捺这个尖峰电压，以防止发生过大的共模噪声。这两个回路的作业频率是 MOS 的开关频率，谐波分量大，布板时要尽量减小谐波回路的面积。要把这两个功率回路的器材接近放置，走大铜皮宽走线，减小开关频率谐波的回路阻抗。
图 2：LM3478 作业原理图
BQ24133 实质是一个 Buck 回路。也有相似的问题。请看图 3，BQ24133 作业原理图，输入电容C1，整流管注册，续流管关断，整流管电感和负载构成一个高频回路，有很高的 dI/dT。别的，整流管关断，续流管注册时，电感电流经过续流管续流(在重载时续流管作业在电感电流接连形式)， 电感电流没有减小到零时整流管又会注册，这是续流管被强制加反向电压而截止，发生很高的反向恢复电压尖峰(虽然是同步整流，因为死区的存在，死区时间内仍然是二极管整流)，这会导致比较大的共模噪声，所以需求在 SW 对 PGND 加 Snubber 电路来按捺续流管的反向尖峰。因而，输入滤波电容 C1、电感 L1 和输出滤波电容 C2 应尽量接近芯片安置，减小高频回路面积。功率回路走线应走大铜皮宽走线，减小谐波阻抗，最好都安置在 PCB 的同层，Snubber 放置在紧靠下管的方位。
图 3：BQ24133 高频电流回路图
总的来说，LM3478 和 BQ24133 的输入输出走整块大铜皮，将输入电容和输出电容紧靠功率开关管，使回路围成的面积最小。挑选 ESR 较小的电容，因为本钱原因，这类产品用的电容都比较差，这个项目本来用电解电容，主张多添加些瓷片电容组合运用，这样在低本钱下获得好的作用。这样使输入输出的开关频率的谐波回路尽量小，谐波阻抗尽量小，能够减小回路对外的辐射搅扰。
3) 上面说到在 BQ24133 的下管加 Snubber 电路(加在 SW 和 PGND 之间)，在 LM3478 的续流二极管加 Snubber 电路。Snubber 电路紧贴开关管管脚，加宽走线，高频谐波就近旁路。 首要能够先预放一个 2-3ohm 的电阻，电容取 500-1000pF。在辐射测验中，假如裕量缺乏或许超规范，就恰当添加 RC，以吸收更多的高频能量，假如裕量过大，应减小 RC 的值以进步功率。
4) 关于两层板来说，将电感和 MOS 等功率器材和功率器材之间走线下面的 GND 铜皮去掉或许减小。下降开关管到 GND 的分布电容，减小共模耦合。
3.2 其他留意事项
3.2.1 布局
一般来说，假如条件答应，尽或许把电源回路跟其他电路在布局上恰当分隔。例如，把电源类器材安置在 PCB 左边，跟其他电路恰当留隔离带。输出线和端子尽量远离开关管，电感等器材。在谐波较大的回路上，留意 PCB 走线防止用锐角，尽量倒钝角或走圆角。
3.2.2 共模电感的运用
关于多节电池，充电功率添加，电池输出线尽量减小长度，防止电池线变成辐射天线。别的，可考虑恰当添加共模电感来按捺电池线共模搅扰。
3.2.3 测验留意事项
主张客户辐射测验时用蓄电池加 1.5 米线做输入源，扫除 Adapter 形成的搅扰。别的，测验中调整 Snubber 参数，在功率和 EMI 中获得一个平衡点,RC 的值不能加的过大，避免导致 %&&&&&% 过热。所以，搅扰源噪声比较大时，要考虑多种办法一起运用，以获得最优的作用。
4.定论：
经过整改后，优化了 layout，顺畅经过了辐射测验。从这个项目，总结一些经历。首要，确认打扰源和发射天线，添加 Snubber 电路吸收打扰源的高频谐波。其次， 判别耦合途径，要点经过优化 layout，使谐波就近经过%&&&&&%旁路，削减打扰源的高频打扰到外接长线的耦合。EMC 规划的实质，便是怎么处理好谐波的问题。
参考文献：
• LM3478 datasheet Oct，2011
• BQ24133 datasheet May，2011
