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使用擴頻技術解決車輛電源EMI的開關噪聲問題
作者·•│▩: 釋出時間·•│▩: 2022-07-04 閱讀·•│▩: 0

擴頻是一種與開關穩壓器相關的技術•₪✘·,可抑制來自感興趣頻帶的不需要的噪聲•₪✘·,並將其推入噪聲不會干擾系統的區域•₪✘·,或者更容易處理的區域◕╃◕。

儘管該技術不能消除系統中的噪聲——它僅用於避開關鍵頻段——但使用擴頻是目前的行業趨勢•₪✘·,主要是由日益複雜的系統和更高水平的整合需求推動的•₪✘·,導致跨複雜多層設計的系統之間的更多互動◕╃◕。最明顯的例子是汽車中電子控制單元 (ECU) 數量的增加以及線束的複雜性增加◕╃◕。線束需要以越來越高的水平承載訊號··✘↟₪、電力和通訊◕╃◕。

現代電源工程師發現他的辦公桌上出現了更新的規格•₪✘·,特定頻段的噪聲抑制變得越來越嚴格•₪✘·,並且目標越來越低以迎合系統複雜性的增加◕╃◕。許多人將擴頻技術視為一種解決方案•₪✘·,因為它可以消除峰值噪聲並使模組電源設計符合目標噪聲規範◕╃◕。

擴頻在其實現中絕不是一個簡單的答案;我們還必須考慮幾種調製技術◕╃◕。該技術包括偽隨機··✘↟₪、三角和鋸齒等方法•₪✘·,以及基頻的抖動百分比和抖動的偏差或重複率◕╃◕。所有這些旋鈕對噪聲都有某種額外的和可能不需要的影響◕╃◕。

圖 1 顯示了使用擴頻技術抑制噪聲和添加了汽車標準 CISPR 25•₪✘·,第 5 類作為比較的基礎◕╃◕。圖 1 顯示的是抑制基波諧波頻帶(在本例中為 2.1 MHz)中的噪聲◕╃◕。我們可以清楚地看到噪聲被抑制•₪✘·,高於基頻◕╃◕。抑制較高頻率的噪聲可簡化電源設計•₪✘·,並提高滿足噪聲目標的能力◕╃◕。

但是•₪✘·,如果我們檢視次諧波•₪✘·,我們會發現噪聲已經增長•₪✘·,雖然它仍然符合 CISPR 25 標準的規範•₪✘·,但它可能會導致 AM 頻段出現問題◕╃◕。必須使用數字訊號處理器 (DSP) 來消除 AM 頻段中的這種不需要的噪聲——或者更糟糕的是•₪✘·,它仍然可以聽到◕╃◕。這種 AM 干擾在資訊娛樂等系統中非常沒有吸引力•₪✘·,並且可能意味著更復雜的輸入數字濾波器◕╃◕。因此•₪✘·,它並沒有消除問題•₪✘·,而是將其推到設計的另一部分•₪✘·,從模擬設計工程師到數字設計工程師◕╃◕。


使用擴頻技術解決車輛電源EMI的開關噪聲問題

圖 1·•│▩:傳導頻帶 CISPR 25•₪✘·,5 類•₪✘·,帶和不帶擴頻

所以•₪✘·,你可以做什麼?簡單的答案是首先停止噪音◕╃◕。透過使用針對噪聲抑制而調整的積體電路 (IC) 技術和良好的印刷電路板 (PCB) 佈局技術•₪✘·,可以限制問題◕╃◕。如果你不產生噪音或者你可以限制它•₪✘·,那麼你不需要抑制它;或者也許我們可以將其抑制在較不激進的水平•₪✘·,以便其他技術更有益◕╃◕。僅在好處已知且不影響其他電路和設計的情況下謹慎使用擴頻◕╃◕。

TI 的PMP9458參考設計(圖 2)就是如何為低噪聲設計電源的一個很好的例子◕╃◕。“用於汽車叢集單元的 CISPR 25 Class 5 額定 14W 多輸出電源”參考設計特意在同一印刷電路板上同時使用 sub-AM 波段(低於 1 MHz)和高頻(高於 2 MHz)開關穩壓器. 它還使用了 ASYNC 和 SYNC 產品的組合•₪✘·,這些產品在 IC 級設計以抑制噪聲◕╃◕。請記住從一開始就使用良好的佈局技術來抑制噪聲◕╃◕。

在可以使設計工程師的系統性能受益的系統中使用時•₪✘·,我認為擴頻技術既是頭痛藥片•₪✘·,也是維生素藥片•₪✘·,具體取決於使用時間◕╃◕。良好的 PCB 設計和元件選擇將對我們的設計結果產生同樣的影響•₪✘·,使整個系統解決方案受益•₪✘·,並且可能不會將問題推向不同的領域◕╃◕。在實施之前•₪✘·,我會仔細考慮這些技術的好處◕╃◕。


使用擴頻技術解決車輛電源EMI的開關噪聲問題圖 2·•│▩: LM26003 -q1和LM26420-q1的PMP9458參考設計


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