作者：Pete Bartolik

投稿人：DigiKey 北美編輯

2025-01-08

在敏感的電子應用中不存在“沉默”這樣的事情——實際上，這種情況永遠不會發生。這是因為消除電源中的所有電磁干擾 (EMI) 噪聲幾乎是不可能的。緩解此問題的不同設計方法通常涉及可能會產生更大復雜性的權衡。

工程師們不遺余力地嘗試降低射頻電源（放大器）、高速數據轉換器、敏感儀器以及醫療成像和診斷系統等噪聲敏感應用中的 EMI。這通常意味著增加額外的組件、屏蔽和濾波器，所有這些都會增加復雜性、成本、尺寸和重量。

開關模式電源 (SMPS) 和電子轉換器是 EMI 的主要原因，使汽車系統、消費電子產品、工業自動化和電信領域的許多應用的設計變得復雜。

快速開關可最大限度地減少 DC-DC 轉換器、AC-DC 整流器、DC-AC 逆變器和 AC/AC 轉換器的能量損耗。然而，它會產生產生高頻能量和瞬態的成本，從而導致 EMI 傳導和輻射。

EMI 會降低系統性能、干擾射頻、導致組件故障，并妨礙起搏器和汽車安全系統等關鍵設備的運行。此類系統中 EMI 的主要原因是共模電流以相同方向流過兩個或多個導體，從而感應出磁場。

美國的許多（如果不是大多數）電子應用必須遵守聯邦通信委員會第 15 部分的規定，旨在防止有害干擾，包括來自非 RF 設備的有害干擾。國際工業和通信應用必須符合 CISPR 22 B 類國際標準，汽車應用必須符合 CISPR 25 國際標準。其他地區也有類似的合規認證。

EMI 測試通常在設計周期的后期進行，因此問題和糾正措施可能會導致代價高昂的產品延遲。更糟糕的是，如果在現場發現 EMI 問題，可能會更難以查明并需要昂貴的補救措施。

可以使用多種類型的組件來對抗 EMI。低壓差 (LDO) 線性穩壓器是一種傳統的低成本方法，可保護下游負載免受電壓瞬變和電源噪聲的影響。然而，它們可能會導致解決方案體積龐大，并且通常缺乏必要的保護功能。

具有高電源抑制比 (PSRR) 的更先進 LDO 可改善噪聲抑制，但不會直接提高效率或熱性能。與開關穩壓器結合使用，它們可以將高效率與低噪聲結合起來。

設計人員還可以將精力集中在 PCB 布局上，以最大限度地減少傳播 EMI 的環路區域，并分離噪聲電路和敏感電路。另一種常用的補充方法是使用金屬和金屬合金等 EMI 屏蔽材料來隔離或封裝組件。還可以使用低噪聲放大器。

這些 EMI 降低技術通常同時使用，增加了設計的復雜性，讓開發人員尋求簡化方法。

簡化 EMI 設計問題

依賴 SMPS 設計的應用的增長速度超過了熟練滿足嚴格 EMI 要求的設計人員的數量。許多數字設計人員被要求填補因模擬電源設計人員短缺而造成的技能空白。這一趨勢，加上 SMPS 設計日益復雜，表明需要進一步集成 SMPS 組件以簡化流程。

[Analog Devices, Inc. (ADI)于 2015 年推出 Silent Switcher ] ^?^ 技術，致力于簡化 EMI 設計挑戰。其目標是優化開關技術，同時簡化印刷電路板 (PCB) 設計。[LT8640]等第一代 Silent Switcher 器件通過使用銅柱倒裝芯片封裝而不是鍵合線將芯片連接到基板，從而降低了寄生電阻。他們還采用了旨在提高高頻效率的動力系統。

這些第一代器件還將單個高電流“熱環路”分成具有相反電流的雙環路，從而抵消了傳播的 EMI。單個大響環具有高寄生元件和強磁場，會以輻射的形式產生 EMI。 Silent Switcher 器件還集成了內部開關驅動器，以最大限度地減少開關功率損耗。

2017 年，ADI 推出了一款基于 Silent Switcher 2 架構的低 EMI 單片同步降壓轉換器。在這一代中， [LT8640S-2](等器件通過在新的 LQFN 封裝內集成電容器、熱環路和接地層，減少了對外部組件的依賴。這使得解決方案尺寸更小，并消除了 PCB 布局敏感性，從而實現了更好的 EMI 性能。此外，Silent Switcher 2 器件還包括更多的銅柱和大的裸露焊盤，從而提高了熱性能和效率。

2021 年，ADI 推出了更新版 Silent Switcher 3 架構，采用[LT8627SP] 同步降壓穩壓器，具有超低低頻噪聲性能、超快瞬態響應以及高開關頻率下的高效率，同時保持超低 EMI。它還提供了一個裸露的芯片頂部，可以選擇連接散熱器以適應高環境溫度應用。

Silent Switcher 3 μModule 穩壓器

Silent Switcher 3 技術現已應用于 ADI 的 μModule? 高度集成封裝組件 (COP) 電源解決方案中。這種封裝可提供更好的熱性能，并進一步節省總解決方案尺寸，從而實現小型、高效且可靠的電源解決方案。

μModule 穩壓器的其他主要優勢包括節省時間并減少設計、測試和鑒定 DC/DC 穩壓器所需的工作量。 ADI 將控制器、功率 MOSFET、電感器和其他支持組件集成到一個緊湊的封裝中。它們可用作各種電信、網絡和工業設備應用、射頻電源、低噪聲儀器儀表以及高速高精度數據轉換器的電源解決方案。

LTM4702 （圖 1）是一款完整的 8 A 降壓 μModule 穩壓器，采用超緊湊 6.25 mm × 6.25 mm × 5.07 mm BGA 封裝，并集成了基于靜音開關的穩壓器 IC，可實現低 EMI 和高效率[。] 它的工作輸入電壓范圍為 3V 至 16V，并支持 0.3V 至 5.7V 的輸出電壓。

圖 1：ADI 的 LTM4702 μModule 在增強型緊湊封裝中集成了控制器、功率 MOSFET、電感器和降壓轉換器的其他支持組件。它減少了噪聲敏感應用中對后置 LDO 的需求。 （圖片來源：Analog Devices, Inc.）

多個 LTM4702 可以并聯運行以產生更高的輸出電流。通過將每個 LTM4702 的 PHMODE 引腳編程為不同的電壓電平，最多可以并行運行 12 個相位，以同時異相運行。

此外，LTM4702 同步開關穩壓器還具有出色的低頻輸出噪聲（10 Hz 至 100 kHz）。它非常適合高電流和噪聲敏感應用。該器件采用恒定頻率 PWM 架構，可通過使用從 RT 引腳連接到接地的電阻器進行編程，以從 300 kHz 切換到 3 MHz。

單個電阻器可設置 LTM4702 的輸出電壓，以提供輸出電壓反饋的單位增益以及與輸出電壓無關的幾乎恒定的輸出噪聲。對于大多數噪聲敏感應用，LTM4702 無需后調節 LDO 和 LC 濾波器，僅需要輸入和輸出電容器即可完成設計。

EVAL [-LTM4702-AZ] 評估板（圖 2）可用于設置和評估 LTM4702 的性能。

圖 2：ADI 的 EVAL-LTM4702-AZ 評估板為設計人員提供了用于評估 LTM4702 性能的降壓 DC/DC 開關轉換器。 （圖片來源：Analog Devices, Inc.）

LTM8080 （圖 3）是一款 40 V IN、雙路 500 mA 或單路 1 A 器件，集成了雙路超高 PSRR LDO 穩壓器和靜音切換器 DC/DC 穩壓器，并由集成 EMI 屏蔽層隔開，封裝在耐熱增強型 9 mm 封裝中[。] × 6.25 mm × 3.32 mm，包覆成型 BGA 封裝。它支持 200 kHz 至 2.2 MHz 的開關頻率范圍以及 0 V 至 8 V 的輸出電壓范圍。~~

圖 3：ADI 的 LTM8080 μModule 在緊湊封裝中集成了雙 LDO 和靜音開關 DC/DC 穩壓器，兩者之間具有 EMI 屏蔽層。 （圖片來源：Analog Devices, Inc.）

前端開關穩壓器是非隔離降壓開關 DC/DC 電源，可提供高達 1.5 A 的連續電流。后端 LDO 線性穩壓器采用 ADI 的超低噪聲（10 kHz 時為 2 nV/√Hz）和超高 PSRR（1 MHz 時為 76 dB）架構。 LDO 輸出可并聯以 增加輸出電流

設計人員可以使用[DC3071A]（圖 4）演示電路（其具有 4V 至 40V 的寬工作范圍）來評估 LTM8080。

圖 4：DC3071A 演示電路包括一個具有兩個輸出的 LTM8080 μModule，每個輸出均為可調 3.3?? V/0.5 A。（圖片來源：Analog Devices, Inc.）

結論

ADI 的 Silent Switcher μModule 穩壓器為應對噪聲敏感電子應用中的 EMI 挑戰提供了強大的解決方案。通過將先進的 Silent Switcher 3 技術集成到高度緊湊且高效的系統級封裝設計中，這些 μModule 穩壓器簡化了設計，提高了熱性能，并且在大多數情況下無需使用 LDO 后置穩壓器。

從高速數據轉換器和射頻系統到醫療成像和工業設備，這些 μModule 穩壓器使工程師能夠實現超低噪聲和高效率，而不會增加傳統 EMI 降低方法的復雜性。憑借 LTM4702 和 LTM8080 等產品，Analog Devices 繼續在提供滿足現代電子產品嚴格要求的創新解決方案方面處于領先地位，即使在對噪聲要求最嚴格的應用中也能確保可靠的性能

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審核編輯 黃宇