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上期回顧：汽車DCDC EMI（上）之噪聲源分析

本期內容

各位“攻城獅”朋友們，上一期我們分析了汽車 DCDC 的EMI兩大噪聲源，接下來讓我們來討論大家非常關心的汽車DCDC EMI優化。

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一個DCDC系統能夠通過嚴苛的CISPR 25 ，離不開兩點：

• 需要一個EMI性能優秀的電源芯片

• 豐富的系統EMI設計經驗

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《汽車電子DCDC芯片的EMI優化設計》

圖1

本期我們將從芯片設計角度出發，討論下DCDC具備哪些特點，EMI性能才比較優秀。

大家知道DCDC的兩大噪聲源是di/dt噪聲和dv/dt噪聲，今天我們還是從這兩大噪聲源出發，來討論下芯片設計是怎樣優化這兩大噪聲源的。

di/dt 共模噪聲的優化

前面的電源小課堂我們分析了，寄生電感Lp對di/dt高頻共模噪聲影響較大，Lp 越大，di/dt的高頻共模噪聲就越大，反之越小。

圖2（點擊圖片放大）

那么Lp在電路中是怎么產生的呢？

大家知道，任何走線都會產生寄生電感，這個寄生電感包含兩部分PCB走線Lpb 以及芯片封裝Lpc，如下圖:

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《汽車電子DCDC芯片的EMI優化設計》

圖3

所以減小Lp ，其實就變成：怎樣減小高頻電流環的面積，方法如下：

01

芯片同步設計

且Vin和GND 管腳要靠近

如圖所示，將上下管集成到芯片里邊去，同時Vin和GND pin 腳足夠近：

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《汽車電子DCDC芯片的EMI優化設計》

圖4

這樣CIN電容可以非常靠近芯片的，高頻電流環足夠小，PCB走線帶來的寄生電感Lpb也可以控制的較小。

例如，我們明星產品MPQ4572就是這樣的設計：

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圖5

看下MPQ4572的Layout，可以很方便地將高頻環路，控制到紅圈以內，寄生電感可以做到最小。

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圖6

02

第二芯片采用flip clip封裝

減小內部寄生電感Lpc

常用的封裝有兩種方式：

• 一種是打線工藝，用金屬線將晶圓和封裝焊盤連接的方式，由于很長的Bonding線將產生很大的寄生電感

• 另一種是倒裝工藝，采用銅柱子連接晶圓和封裝引腳，銅柱子短且粗，寄生電感將大大降低

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圖7

03

芯片VIN/GND高頻電流環對稱設計

di/dt除了產生差模共模噪聲外，還會產生近場磁場耦合問題，由于輸入測試的線束上有寄生電感，di/dt產生的磁場，很容易耦合到輸入線束上，從而產生EMI問題。

圖8（點擊圖片放大）

為了優化近場磁場的耦合，可以將輸入高頻電流環對稱設計。

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《汽車電子電源設計及EMI精講》

圖9

對稱的高頻電流環，電流向正好相反，產生的磁場方向也相反，磁場可以相互抵消，可以減小近場磁場的EMI耦合。我們的明星產品MPQ4436A的輸入管腳就是對稱設計的。

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圖10

dv/dt 共模噪聲的優化

上一期電源小課堂我們分析了dv/dt產生的是一個共模噪聲那么針對dv/dt共模噪聲的抑制，比較好的辦法是減小dv/dt了。

一般DCDC都有BST控制電路，可以利用BST電路來減小上管開通時間。BST 電路是用來給上管驅動供電的（上管Q1 Gate供電來自BST 電容），在BST 電容上串一個限流電阻，可以減小驅動電流，從而減緩上管開通速度。

圖11（點擊圖片放大）

我們來看一個對比，不同上管開通時間，SW波形的變化，更緩的開關速度，不僅dt變大了，而且也減小了dv，從而dv/dt噪聲將成倍數降低。

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《揭開DCDC EMI中Layout的“神秘面紗”》

圖12

抖頻技術來優化EMI

抖頻技術是將固定的開關頻率按照一定的規律將頻率分散在一定范圍變化，這樣可以減小基頻以及倍頻的EMI噪聲。

我們來看看開抖頻和關抖頻，EMI測試的比較，抖頻對傳導全頻段都有較大幫助。

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《揭開DCDC EMI中Layout的“神秘面紗”》

圖13

綜合以上討論，如果一個電源芯片具備以下6點功能，這顆芯片的EMI性能將非常出色。當然，有些芯片不能同時具備以下6點，那么1/2/5是基礎的要求：

1. 同步集成上下管2. VIN/GND pin 腳臨近設計3. 采用倒裝的封裝工藝4. VIN/GND 高頻電流環對稱設計5. BST電路設計6. 抖頻功能

今天我們介紹了電源芯片本身跟EMI性能相關的特點，希望對大家選擇車規級DCDC芯片時，有一定的幫助，我們下期將帶來汽車DCDC 系統EMI優化設計， 請大家持續關注MPS電源小課堂。

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汽車DCDC EMI（上）之噪聲源分析

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