作者：Ling Jiang, Frank Wang, Keith Szolusha, and Kurk Mathews

來自開關穩壓器的EMI被分解為輻射和傳導發射（CE）。本文重點介紹傳導發射，其可進一步分為兩類：共模（CM）噪聲和差模（DM）噪聲。為什么區分CM-DM？對CM噪聲有效的EMI抑制技術不一定對DM噪聲有效，反之亦然，因此確定傳導發射源可以節省抑制它的時間和金錢。本文介紹了一種實用的方法，用于將 CM 輻射和 DM 輻射與 LTC7818 受控開關穩壓器的總傳導輻射分開。了解CM噪聲和DM噪聲在CE頻譜中出現的位置，使電源設計人員能夠有效地應用EMI抑制技術，從而從長遠來看節省設計時間和BOM成本。

圖1.降壓轉換器中的CM噪聲路徑和DM噪聲路徑。

圖1顯示了典型降壓轉換器的CM噪聲和DM噪聲路徑。DM噪聲在電源線和返回線之間產生，而CM噪聲通過雜散電容C在電源線和接地層（如銅測試臺）之間產生流浪.用于CE測量的LISN位于電源和降壓轉換器之間。LISN本身不能用于直接測量CM和DM噪聲，但它確實測量電源和返回電源線噪聲——分別為圖1中的V1和V2。這些電壓在 50 個Ω電阻上測量。從CM和DM噪聲的定義（如圖1所示）可以看出，V1和V2可以用CM電壓之和和差（V厘米） 和 DM 電壓 （V分米），分別。這使我們能夠計算 V厘米來自 V1 和 V2 的平均值，以及 V分米作為 V1 和 V2 之間差異的一半。

測量CM噪聲和DM噪聲

T型功率組合器是一種無源器件，它將兩個輸入信號組合到單個端口輸出。0°合路器在輸出端口產生輸入信號的矢量和，180°合路器產生輸入信號的矢量差。1因此，可以使用 0° 合路器產生 V厘米和一個 180° 合路器以產生 V分米.

圖2所示的兩個組合器ZFSC-2-1W+（0°）和ZFSCJ-2-1+（180°）用于測量V厘米和 V分米從 1 兆赫到 108 兆赫。對于這些器件，頻率低于1 MHz時，測量誤差會增加。對于較低頻率的測量，請使用不同的合路器，例如ZMSC-2-1+（0°）和ZMSCJ-2-2（180°）。

圖2.0° 和 180° 合路器。

圖3.測量 （a） V 的實驗裝置厘米和（b） 五分米.

圖4.用于測量CM噪聲和DM噪聲的測試設置。

測試設置示意圖如圖 3 所示。功率組合器被添加到標準CE測試設置中。電源線和返回線的 LISN 輸出分別連接到合路器的輸入端口 1 和輸入端口 2。對于 0° 合路器，輸出電壓為 VS_CM= V1 + V2;對于 180° 合路器，輸出電壓為 VS_DM= V1 – V2。

合路器V的輸出信號S_CM和 VS_DM必須在測試接收器中進行處理以產生V厘米和 V分米.首先，功率組合器在接收器中補償了指定的插入損耗。二、自五厘米= 0.5 VS_CM和 V分米= 0.5 VS_DM，則測試接收器從接收信號中額外減去6 dBμV。補償這兩個因素后，在測試接收器中讀取測得的CM噪聲和DM噪聲。

CM噪聲和DM噪聲測量的實驗驗證

使用帶有雙通道降壓轉換器的標準演示板來驗證此方法。該演示板的開關頻率為2.2 MHz，而V在= 12 V， V輸出1= 3.3 V， I輸出1= 10 A， V輸出2= 5 V，和I輸出2= 10 A. 圖4顯示了EMI室中的測試設置。

圖5和圖6說明了測試結果。在圖5中，較高的EMI曲線顯示了使用標準CISPR 25設置測量的總電壓方法CE，而較低的輻射曲線顯示了通過添加0°合路器測量的分離CM噪聲。在圖6中，較高的輻射曲線顯示了總CE，而較低的EMI曲線顯示了通過添加180°組合器測量的分離DM噪聲。這些測試結果符合理論分析，表明DM噪聲在較低頻率范圍內占主導地位，而CM噪聲在較高頻率范圍內占主導地位。

圖5.測得的CM噪聲與總噪聲的關系。

圖6.測得的DM噪聲與總噪聲的關系。

調整后的演示板通過 CISPR 25 5 類

根據測量結果，在30 MHz至108 MHz范圍內，總噪聲發射超過了CISPR 25 Class 5的極限。通過分離CM和DM噪聲測量，似乎該范圍內的高傳導發射是由CM噪聲引起的。添加或增強DM EMI濾波器或以其他方式降低輸入紋波是沒有意義的，因為這些緩解技術不會降低此范圍內有問題的CM噪聲。

因此，該演示板上實現了專門解決CM噪聲的方法。CM噪聲的一個來源是開關電路中的高dV/dt信號。通過增加柵極電阻來降低dV/dt可以降低噪聲水平。如前所述，CM噪聲通過雜散電容C通過LISN流浪.C 越小流浪，則在 LISN 中檢測到的 CM 噪聲越低。要減少 C流浪，開關節點的銅面積在該演示板上減少。此外，在轉換器的輸入端增加了一個CM EMI濾波器，以獲得高CM阻抗，從而降低進入LISN的CM噪聲。通過實施這些方法，30 MHz至108 MHz處的噪聲降低到足以符合CISPR 25 Class 5的要求，如圖7所示。

圖7.總噪音得到改善。

結論

本文提出了一種測量和分離總傳導發射的CM噪聲和DM噪聲的實用方法，并通過測試結果進行了驗證。如果設計人員可以分離CM和DM噪聲，則可以實施針對CM或DM的特定緩解解決方案來有效抑制噪聲。總體而言，這種方法有助于快速找到EMI故障的根本原因，從而節省EMI設計的時間。

審核編輯：郭婷