每年，汽車制造商都為汽車配備越來越多的傳感器和功能，從而增加了汽車中的電子設備含量，并提高了其動力需求。隨著功率水平的提高，可能依賴低壓差線性穩壓器（LDO）的工程師現在可能需要使用降壓拓撲來滿足目標效率。

降壓器在更高的效率下可以提供比典型LDO更大的功率，但有一個缺點-它的開關特性會產生電磁干擾（EMI），這對于汽車應用而言可能是一個嚴重的問題。幸運的是，工程師可以使用許多技巧和工具來降低EMI，包括優化電路板布局，利用IC功能以及增加電路。

DC / DC轉換器會因輸入紋波，與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射而產生EMI。EMI會干擾AM / FM無線電接收器和其他敏感設備，例如主機或高級駕駛員輔助系統（ADAS）傳感器。嚴重的EMI會在無線電和主機音頻中產生靜態噪聲或其他類型的噪聲，干擾ADAS傳感器，并降低其他系統的性能。

為了防止這種嚴重的退化，工程師需要設計符合官方標準的系統，例如ComitéInternationalSpécialdes PerturbationsRadioélectriques（CISPR）25 Class5。由于不良的布局會導致任何設備無法通過標準機構設定的EMI限制，因此在電路板布局過程中遵循良好的布局優化實踐。降壓轉換器的最重要做法是：

通過快速變化的電壓（高dv / dt）減小節點的表面積，并且通過快速變化的電流（高di / dt）減小電流環路的面積。

這兩個基本規則將決定工程師在何處放置某些組件，以最大程度地降低EMI。

不幸的是，即使是最優化的PCB布局也無法防止所有與EMI相關的問題。此外，由于電路板的尺寸，形狀或時間的限制，通常無法盡可能地優化EMI的布局。例如，非常緊湊的布局可能要求您將功率電感器放置在電路板的底部，或者將輸入電容器放置在距離IC稍遠的地方，而這比將EMI最小化的最佳方式要小。

這些和其他布局限制會導致EMI，從而降低系統性能。即使有經驗和謹慎，董事會也可能需要進一步優化。這些額外的董事會修訂需要時間和金錢。那么，除了優化布局以最小化應用中的EMI之外，您還能做什么？

繞過電路板布局的限制

如果無法優化布局以實現最佳EMI，則某些DC / DC轉換器會在設備級別提供許多封裝和功能改進，以幫助最大程度地降低EMI并使其更容易滿足CISPR 25 5類限制。這些功能使電路板設計與布局無關。換句話說，它們可以幫助彌補布局缺陷。

例如，擴展頻譜是一種擴展諧波能量以減少峰值和平均EMI測量值的功能。它通過抖動開關頻率（正負百分比）來擴展頻譜密度來實現。例如，在±2％的范圍內傳播，將在第25個及更高的諧波上看到諧波能量的完全混合或重疊，而不是固定的頻率，這將使諧波尖峰保持在基本頻率上。能量在較高的頻率中均勻分布，從而導致較低的測量值包絡，需要較少的濾波和較少的布局優化，從而節省了時間和金錢。

擺率控制是另一個有助于改善EMI性能的功能。EMI的主要來源是開關環。開關環是由高端FET的快速導通引起的，它會快速從輸入電容器中拉出電流，從而由于輸入寄生環路電感和寄生電容的諧振而導致數百兆赫茲的環路低端FET的 降低上升時間會減慢此立即汲取的電流，從而減少振鈴并降低EMI。通過增加一個與啟動電容器串聯的電阻（幾歐姆的數量級）可以減慢上升時間，并且某些設備具有專用的啟動電阻器引腳。這里需要權衡：放慢FET的擺率可使EMI最小化，但也會增加開關損耗，從而降低效率。

還具有有助于抑制EMI的封裝級功能。TI的HotRod封裝就是一個例子，該封裝消除了內部鍵合線，如圖1所示。不連續的電流會導致開關節點上數百兆赫茲的振鈴，該振鈴會耦合并輻射，從而引起EMI。去除輸入電容器不連續電流的高di / dt環路路徑中的鍵合線可降低環路電感。從而減少了振鈴中的能量，從而降低了EMI。HotRod軟件包中提供了諸如LM61460-Q1和LM53635-Q1之類的設備。

圖1該剖視圖允許工程師比較標準的引線鍵合四方扁平無引線（QFN）封裝和TI的HotRod QFN。資料來源：德州儀器（Texas Instruments）

其他封裝級功能包括優化的引腳排列。器件可以通過整理引腳位置來提高EMI性能，從而使關鍵路徑（例如輸入電容器）保持盡可能小。器件通常將VIN和GND（或PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為電容器的連接提供最佳位置。

更進一步，這是對稱的引腳排列。將VIN / PGND對稱地放置在封裝的任一側，可使輸入環路磁場自成一體，從而進一步降低了EMI。許多DC / DC降壓轉換器，例如LMR33630，LMR36015，LM61460和LMQ61460-Q1具有對稱的VIN / PGND引腳對（圖2b）。

集成輸入電容器

下一代經過EMI優化的封裝采用集成電容器進一步減小了輸入寄生電感。LMQ61460-Q1的兩側包括兩個集成的輸入旁路電容器，每個VIN / PGND對均一個。這些電容器是橫跨在圖2a所示的右上和右下引腳對（VIN和PGND）上的深色矩形。圖2b顯示了該器件的引腳分配，以供參考。

最小化高頻EMI尤其重要，因為汽車應用中常見的更高的輸入電壓和更高的輸出電流會加劇該領域的問題。

圖2 X射線圖像顯示了帶有集成電容器（a）的LMQ61460-Q1降壓型安靜轉換器，您可以將其與引腳參考（b）進行比較。資料來源：德州儀器（Texas Instruments）

的確，EMI在汽車應用中提出了挑戰，但設計工程師如果遇到電路板布局約束，也并非沒有選擇。從戰略性器件引腳排列到集成功能（例如低電感封裝，擺率控制，擴展頻譜和集成電容器），有很多方法可以解決這一挑戰。

這些功能使工程師可以放寬對EMI布局進行嚴格優化的要求，以換取全面的布局，從而為優化性能留出更多空間，以獲得更好的熱性能和/或更小的解決方案尺寸。這些功能可改善您的設計，以滿懷信心地滿足標準機構設定的EMI限制。

Zachary Imm是德州儀器（TI）的汽車產品市場經理。

編輯：hfy