隨著制造商的目標是通過添加傳感器和新的電子功能來提高他們的功率水平，汽車現在正在不斷改進。因此，在汽車領域工作的工程師專注于依靠降壓轉換器的拓撲來滿足新的效率標準。

降壓轉換器可以以更高的效率提供比典型 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)，這對于汽車應用來說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 功能和添加電路。

DC/DC 轉換器通過輸入紋波、與附近電路的電和磁耦合以及電磁輻射產生 EMI。EMI 會干擾 AM/FM 無線電接收器和其他敏感設備，例如音響主機或高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 傳感器。顯著的 EMI 會在無線電和音響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。

為防止出現如此嚴重的性能下降，工程師需要設計符合官方標準的系統，例如 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Class 5。在電路板布局期間遵循良好的布局優化實踐。降壓轉換器最重要的做法是：

減少電壓快速變化（高 dv/dt）的節點表面積，以及

通過快速變化的電流（高 di/dt）減少電流回路的面積。

這兩個基本規則將規定工程師將某些組件放置在何處以最小化 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，由于電路板尺寸和形狀或時間限制，通常不可能像我們希望的那樣優化 EMI 布局。例如，非常緊湊的布局可能需要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 稍遠的位置，而不是將 EMI 降至最低的最佳位置。

這些和其他布局限制會導致 EMI，從而降低系統性能。即使有經驗和細心，電路板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，除了優化布局以最大程度降低應用的 EMI 之外，您還能做什么？

繞過電路板布局限制

如果無法優化布局以獲得最佳 EMI，一些 DC/DC 轉換器會在設備級別提供許多封裝和功能改進，以幫助最大限度地減少 EMI，并使其更容易滿足 CISPR 25 5 類限制。這些特性使電路板設計更加與布局無關；換句話說，它們可以幫助彌補布局缺陷。

例如，擴頻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（加減某個百分比）來擴展頻譜密度來實現這一點。例如，擴展 ±2% 將看到 25次和更高次諧波上的諧波能量完全混合或重疊，而不是固定頻率，這將保持諧波尖峰間隔在基頻處。能量在較高頻率中均勻分布，導致測量值的包絡較低，需要較少的濾波和較少的布局優化，從而節省時間和金錢。

壓擺率控制是另一個有助于提高 EMI 性能的特性。EMI 的主要來源是開關環。開關振鈴是由高邊場效應管的快速導通引起的，它迅速從輸入電容中拉出電流，導致輸入寄生環路電感和寄生電容的諧振引起數百兆赫茲的振鈴低側 FET。減緩這個上升時間會減緩這個直接的電流消耗，從而減少振鈴和 EMI。可以通過添加一個與啟動電容器串聯的電阻器（大約幾歐姆）來減慢上升時間，并且某些設備具有專用的啟動電阻器引腳。這里有一個權衡：放慢 FET 的轉換可以最大限度地減少 EMI，但也會增加開關損耗，從而降低效率。

還有一些封裝級特性有助于抑制 EMI。一個例子是 TI 的 HotRod 封裝，它消除了內部鍵合線，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，耦合和輻射，從而導致 EMI。移除輸入電容器不連續電流的高 di/dt 回路路徑中的接合線會降低回路電感。這反過來又會降低振鈴中的能量，從而降低 EMI。LM61460-Q1 和LM53635-Q1 （轉換器）等器件采用 HotRod 封裝。

圖 1此橫截面圖讓工程師可以比較標準的絲焊四方扁平無引線 (QFN) 封裝和 TI 的 HotRod QFN。資料來源：德州儀器

其他封裝級特性包括優化的引腳排列。器件可以通過組織引腳布局來提高 EMI 性能，從而使輸入電容器等關鍵路徑保持盡可能小。設備通常將 VIN 和 GND（或 PGND）引腳彼此相鄰放置，以便為連接電容器提供最佳位置。

更進一步的是對稱引腳排列。將 VIN/PGND 對稱放置在封裝的任一側允許輸入回路磁場自給自足，從而進一步降低 EMI。許多 DC/DC 降壓轉換器，例如 LMR33630、LMR36015、LM61460 和 LMQ61460-Q1，都具有對稱的 VIN/PGND 引腳對（圖 2b）。

集成輸入電容器

下一代 EMI 優化封裝使用集成電容器來進一步降低輸入寄生電感。LMQ61460-Q1 在任一側包括兩個集成輸入旁路電容器，每個 VIN/PGND 對一個。這些電容器是橫跨圖 2a中所示的右上和右下引腳對（VIN 和 PGND）的黑色矩形。圖 2b 顯示了器件引腳排列以供參考。

將高頻 EMI 降至最低尤為重要，因為汽車應用中常見的較高輸入電壓和較高輸出電流會使該領域的問題惡化。

圖 2X 射線圖像顯示了帶有集成電容器的 LMQ61460-Q1 降壓靜音轉換器 (a)，您可以將其與引腳排列參考 (b) 進行比較。資料來源：德州儀器

雖然 EMI 確實給汽車應用帶來了挑戰，但如果設計工程師遇到電路板布局限制，他們也并非沒有選擇。有許多方法可以解決這一挑戰，從戰略器件引腳分配到集成特性，例如低電感封裝、轉換速率控制、擴頻和集成電容器。

這些特性使工程師能夠放寬嚴格的 EMI 布局優化要求，以換取全面的布局，從而為更好的熱性能和/或更小的解決方案尺寸提供更多優化空間。這些功能改進了您的設計，以滿懷信心地滿足標準機構設定的 EMI 限制。

審核編輯：郭婷