1、什么是EMI？
電磁干擾（EMI）是會影響系統性能的電磁信號。這種干擾通過電磁感應、靜電耦合或傳導的方式對電路造成影響。對于汽車、醫療設備以及測試與測量設備的制造商來說，EMI是一項重要的設計挑戰。由于功率密度的增加、開關頻率的提升以及電流的增大，電源性能要求不斷提高，EMI問題也愈加凸顯，因此急需有效的解決方案來減輕其影響。許多行業對EMI有嚴格的標準要求，如果在設計初期未加以重視，可能會嚴重延遲產品的上市時間。
2、EMI耦合類型
EMI是當電子系統中的干擾源與接收器（即系統內的某些元件）發生耦合時產生的問題。根據耦合方式的不同，EMI可以分為兩類：傳導型和輻射型。
傳導EMI（低頻，450 kHz至30 MHz）
傳導EMI是通過寄生阻抗以及電源和接地連接，以傳導方式耦合到元件中的。噪聲通過傳導路徑傳輸到另一個器件或電路。傳導EMI可以進一步分為共模噪聲和差模噪聲。
共模噪聲是通過寄生電容和高dV/dt（C × dV/dt）進行傳導的。它沿著任意信號（正或負）到地（GND）的路徑，通過寄生電容進行傳輸，如圖1所示。
DifferenTIal-mode noise is conducted via parasiTIc inductance （magneTIc coupling） and a high di/dt （L × di/dt）。
差模噪聲通過寄生電感（磁耦合）和高di/dt （L × di/dt）進行傳導。
差模和共模噪聲。
輻射EMI（高頻，30 MHz 至1 GHz）
輻射EMI是通過磁場能量以無線方式傳播到其他器件的干擾信號。在開關電源中，這種噪聲是由于高di/dt與寄生電感之間的耦合引起的。輻射噪聲會影響到附近的器件，可能導致它們的性能下降。
3EMI控制技術
首先，要確認EMI確實是一個問題。雖然這看似簡單，但要準確判斷問題的存在可能非常耗時，因為需要借助EMI測試室（并非隨處可得）來量化電源產生的電磁能量，并判斷是否符合系統的EMI標準。
如果測試結果表明電源確實存在EMI問題，設計人員將需要采取多種傳統的校正策略來減少EMI影響，其中包括：
提高效率：在盡可能小的電路板空間內實現高效率。
優化散熱：良好的熱性能對于減少EMI至關重要。
布局優化：電源布局與組件選擇同樣重要。布局優化通常是一個迭代過程，經驗豐富的設計人員可以減少迭代次數，從而避免延誤和額外的設計成本。但問題在于，內部人員可能缺乏這種經驗。
使用緩沖器：一些設計人員會提前規劃簡單的緩沖器電路（例如從開關節點到GND的RC濾波器），以抑制開關節點的振鈴現象，這是產生EMI的主要原因之一。然而，這種技術會增加損耗，對效率產生負面影響。
降低邊沿速率：通過降低柵極導通的壓擺率來減少開關節點的振鈴，同樣會對效率產生不利影響。
展頻技術（SSFM）：許多ADI公司的Power by Linear?開關穩壓器都提供展頻功能，這有助于產品通過嚴格的EMI測試。展頻技術通過在一定范圍內調制開關頻率，將峰值噪聲分布到更寬的頻率范圍內，從而降低EMI。
濾波與屏蔽：雖然濾波和屏蔽可以減少EMI，但它們往往成本高昂，占用空間，也增加了生產復雜性。
盡管這些措施都能減少噪聲，但也各有不足。最大限度地降低電源設計中的噪聲通常是解決問題的關鍵，但這一過程往往困難重重。為此，ADI公司的Silent Switcher?和Silent Switcher 2穩壓器提供了一種更為簡潔的方案，它們在穩壓器內部實現了低噪聲，從而無需額外的濾波、屏蔽或大量的布局迭代。這樣不僅加快了產品的上市時間，還顯著降低了成本。
最大限度地減小電流回路
為了有效減少EMI，首先要識別電源電路中的“熱回路”（高di/dt回路）并減小其影響。熱回路在圖2中有所展示。在標準降壓轉換器的工作周期內，當M1關閉、M2打開時，交流電流沿著藍色回路流動；當M1打開、M2關閉時，電流則沿著綠色回路流動。然而，產生最高EMI的回路并不直觀，它既不是藍色回路，也不是綠色回路，而是傳導全開關交流電流（從零到峰值再回到零）的紫色回路。由于這個回路中交流和EMI能量最大，稱之為“熱回路”。
熱回路中的高di/dt和寄生電感是導致電磁噪聲和開關振鈴的主要原因。為了減少EMI并提高電路性能，必須盡量降低紫色回路的輻射效應。熱回路的電磁輻射干擾會隨著其面積的增加而增加，因此，理想的解決方案是將熱回路的PCB面積盡可能縮小，甚至理想情況下減小到零，并使用零阻抗的理想電容來消除問題。這樣可以顯著降低電磁噪聲，提升系統的整體性能。
圖2.降壓轉換器的熱回路。
使用Silent Switcher穩壓器實現低噪聲磁場抵消
雖然完全消除熱回路區域是不可能的，但我們可以將其分成兩個極性相反的回路。這種設計能夠在IC周圍形成局部磁場，并有效抵消彼此的干擾。這正是Silent Switcher穩壓器的核心理念，通過這種方式大幅降低噪聲干擾，提升電源的整體性能。
圖3.Silent Switcher穩壓器中的磁場抵消。
倒裝芯片取代鍵合線
另一種改善EMI的方法是縮短熱回路中的導線長度。這可以通過放棄傳統的鍵合線連接芯片與封裝引腳的方法來實現。采用倒裝芯片技術，將芯片直接安裝在封裝上，并添加銅柱連接。這樣可以大幅縮短內部FET與封裝引腳及輸入電容之間的距離，從而進一步減小熱回路的面積，顯著降低EMI的影響。
穩壓器應用示例，可通過兩個輸入電壓引腳上對稱布置的輸入電容來識別。在這種設計中，布局至關重要，因為Silent Switcher技術依賴于輸入電容的對稱布置，以實現磁場的有效抵消。如果布局不對稱，Silent Switcher技術的優勢將無法充分發揮。那么，如何確保設計和生產過程中都能保持正確的布局呢？答案就是使用Silent Switcher 2穩壓器，它能夠在這一方面提供更好的保障。
Silent Switcher 2穩壓器通過進一步減少EMI實現了更高的性能。它將電容（包括VIN電容、INTVCC電容和升壓電容）集成到LQFN封裝內，從而消除了PCB布局對EMI性能的敏感性。這些電容被設計為盡可能靠近引腳的位置。所有的熱回路和接地層都在封裝內部，這不僅將EMI降至最低，還大幅減少了解決方案的總占板面積。
2、穩壓器。
Silent Switcher 2技術還提升了熱性能。LQFN倒裝芯片封裝上的多個大面積接地裸露焊盤有效地通過PCB散熱，進一步改善了熱管理。同時，去除高電阻的鍵合線也提高了轉換效率。在EMI性能測試中，LT8640S不僅符合CISPR 25 Class 5峰值限制要求，還有較大的裕量。
μModule Silent Switcher穩壓器
借助Silent Switcher產品組合的開發經驗，并結合現有的廣泛μModule?產品系列，我們提供的電源解決方案不僅易于設計，還能滿足關鍵性能指標，如熱性能、可靠性、精度、效率和優良的EMI性能。
穩壓器集成了兩個能夠實現磁場抵消的輸入電容以及其他所需的無源組件。這些組件都封裝在一個6.25 mm × 9 mm × 3.32 mm的BGA封裝中，使客戶能夠將更多精力集中在電路板的其他設計方面。
典型的高速ADC需要多種電壓軌，其中一些電壓軌的噪聲必須極低，以實現ADC在數據表中的最佳性能。為了在高效率、小尺寸板空間和低噪聲之間找到平衡，常見的解決方案是將開關電源與LDO后置穩壓器結合使用，如圖10所示。開關穩壓器能夠以高效率提供更大的降壓比，但噪聲相對較高。LDO后置穩壓器雖然效率較低，但能有效抑制開關穩壓器產生的大部分傳導噪聲，從而提供更清潔的電源，使ADC能夠達到最高性能。盡可能減小LDO后置穩壓器的降壓比有助于提升效率。然而，多個穩壓器會使布局變得更復雜，并且LDO后置穩壓器在較高負載下可能會導致散熱問題。
圖10.為 AD9625 ADC供電的典型電源設計。
圖10中的設計顯然需要在低噪聲、效率和電路板空間之間做出權衡。在這種情況下，低噪聲是優先考慮的因素，因此效率和電路板空間可能需要有所妥協。但其實不必如此。
最新一代的Silent Switcher μModule器件將低噪聲開關穩壓器設計與μModule封裝相結合，實現了設計簡便、高效率、小尺寸和低噪聲的完美平衡。這些穩壓器不僅最大限度地減少了電路板占用空間，還具備可擴展性，能夠通過一個μModule穩壓器為多個電壓軌供電，進一步節省空間和設計時間。圖11展示了使用LTM8065 Silent Switcher μModule穩壓器為ADC供電的替代電源方案。
圖11.使用Silent Switcher μModule穩壓器為AD9625供電，可節省空間的解決方案。
這些設計已經經過詳細測試和比較。ADI公司最近發布的一篇文章對使用圖10和圖11中電源設計的ADC性能進行了評估。測試包括以下三種配置：
使用開關穩壓器和LDO穩壓器為ADC供電的標準配置。
使用LTM8065直接為ADC供電，不進行進一步的濾波。
使用LTM8065和額外的輸出LC濾波器，進一步凈化輸出。
測試結果表明，LTM8065能夠直接為ADC供電，而不會對ADC性能產生負面影響，其SFDR（無失真動態范圍）和SNRFS（信噪比）結果均令人滿意。
這一實施方案的核心優勢在于顯著減少了元件數量，從而提高了效率，簡化了生產過程，并減少了電路板的占用空間。
小結
隨著系統級設計對規范要求越來越嚴格，模塊化電源設計變得尤為重要，特別是對于電源設計經驗有限的情況。許多細分市場的系統設計必須符合最新的EMI規范，Silent Switcher技術在小尺寸設計中的應用，再加上μModule穩壓器的簡單易用特性，可以顯著縮短產品上市時間，并節省電路板空間。
Silent Switcher μModule穩壓器的優勢包括：
節省PCB布局設計時間：無需重新設計電路板即可解決噪聲問題。
無需額外的EMI濾波器：節省元件和電路板空間成本。
降低了電源噪聲調試的需求：減少對內部電源專家的依賴。
提供高效率：在寬工作頻率范圍內表現出色。
為噪聲敏感型器件供電時，無需LDO后置穩壓器：簡化設計。
縮短設計周期：加快產品開發進程。
在小尺寸電路板上實現高效率：優化空間使用。
良好的熱性能：確保穩定運行