一. 概述

電子產(chǎn)品工作都離不開(kāi)電源，電源 DC-DC 模塊應(yīng)用也越發(fā)廣泛，但在產(chǎn)品最終測(cè)試 EMC 時(shí)， DC-DC 模塊卻成了 EMC 超標(biāo)的一個(gè)重要因素，因此在設(shè)計(jì)時(shí) DC-DC 的 EMI 噪聲抑制必須引起重視。本文將根據(jù)博主實(shí)際整改經(jīng)歷主要介紹 DCDC 模塊噪聲來(lái)源并提供一些整改意見(jiàn)，給具有相同 EMI 問(wèn)題的同仁一個(gè)參考。

二. 問(wèn)題描述

進(jìn)行 EMI傳導(dǎo)測(cè)試時(shí)在 1.2MHz、2.4MHz、3.6MHz 左右傳導(dǎo)超標(biāo)，在 1.2 M 及其倍頻處出現(xiàn)尖峰（測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) EN55014）。

 

三. 問(wèn)題定位

         1. 將外設(shè)逐個(gè)關(guān)閉，測(cè)量其傳導(dǎo)。結(jié)果在關(guān)閉其他外設(shè)僅進(jìn)行供電的情況下其頻段點(diǎn)對(duì)應(yīng)尖峰仍然存在。

         2. 單獨(dú)啟用 DCDC，測(cè)量其傳導(dǎo)。結(jié)果測(cè)出噪聲頻譜與傳導(dǎo)檢測(cè)頻譜基本一致，確認(rèn)噪聲為 DCDC 模塊導(dǎo)致。

 

四. 問(wèn)題分析

 

 

圖 5 是通過(guò)示波器測(cè)量的 DCDC 紋波時(shí)域圖，可以看到并沒(méi)有很明顯的開(kāi)關(guān)噪聲幅值 

圖 6 是通過(guò)示波器測(cè)量的電源輸出端的頻譜，在百兆的高頻段未出現(xiàn)高的幅值，出現(xiàn)尖峰的頻率點(diǎn)確實(shí)是落在 1.2 M 及其倍頻處。 

此時(shí)確認(rèn)是由  DCDC 的 1.2MHz 開(kāi)關(guān)頻率引起的紋波電流噪聲，紋波頻率等于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率。紋波是開(kāi)關(guān)電源的固有屬性，無(wú)法從根本上消除，但它也是一種有規(guī)律的、可預(yù)測(cè)的信號(hào)變化，可以通過(guò)濾波等方法降低其影響。在 DCDC 芯片的參考設(shè)計(jì)中通常會(huì)加入濾波電容來(lái)濾除紋波噪聲干擾，大容量電容濾除較低頻的紋波電流，較小電容可以濾除更高頻率的紋波電流輸出。例如在博主使用的 DCDC 模塊參考設(shè)計(jì)中就中加入了 22uF 電容來(lái)濾除 1.2 MHz 的電流噪聲，并且加入了其余容值的電容來(lái)濾除其他頻段的噪聲。 

仔細(xì)查看博主 DCDC 模塊 PCB 布局會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，PCB 設(shè)計(jì)時(shí)在頂層濾波電容及 DCDC 芯片的噪聲電流回路中出現(xiàn)了交叉及隔斷現(xiàn)象，雖然有在地層進(jìn)行接通，但由于噪聲的回流不是最短路徑，不一定會(huì)按照設(shè)想的回路進(jìn)行傳輸，濾除后噪聲回到芯片地路徑變長(zhǎng)，回流路徑變大，噪聲回到 DCDC 地引腳的路線無(wú)法確定，最終噪聲電流通過(guò)電源線以差模噪聲和共模噪聲的形式傳輸干擾，表現(xiàn)為傳導(dǎo)超標(biāo)。

五. 問(wèn)題解決 

1. 選擇合適的電路元件：如選擇具有抖頻展頻功能的芯片，更適合在設(shè)計(jì)初期考慮使用。

2. 增加吸收回路：如 RC 吸收電路，更適合濾除由振鈴等導(dǎo)致的高頻信號(hào)。

3. 加入磁珠：磁珠的阻抗頻率特性等更適合解決輻射干擾問(wèn)題。

4. 修改PCB 布局：給噪聲的回流提供更短路徑，減小回流面積是個(gè)比較好的方法，最好是在設(shè)計(jì)初期就考慮，在此例中由于需重新布局，無(wú)法確定是否會(huì)引入輻射噪聲，因此為進(jìn)行修改

5. 濾波技術(shù)

        由 DCDC 產(chǎn)生的噪聲，是經(jīng) DCDC 芯片的輸入電路再經(jīng)線束傳到接收機(jī)的，因此要解決此問(wèn)題可在 DCDC 的輸入路徑上增加濾波電路。

① 加入共模電感及 X 電容，主要濾除共模噪聲，經(jīng)過(guò)測(cè)試可濾除大部分噪聲，但成本稍高，取值為經(jīng)驗(yàn)值。

② 加入 LC 濾波電路，本例在總電壓輸入端加入 LC 低通濾波電路

圖 9 加入 LC 低通濾波器

電容和電感取值根據(jù) LC 低通濾波器的截止頻率計(jì)算，電容盡量選取在濾除頻率點(diǎn) 處阻抗值低的，電感盡量選取處阻抗值高的：

圖 10 截止頻率 

實(shí)際的器件選型還需要根據(jù)測(cè)試的濾除效果和成本進(jìn)行調(diào)整，本例中測(cè)得電感值為 1.5uH 貼片電感和 10uF 電容組成的 LC 低通濾波器效果可將 1.2MHz 噪聲減低至法規(guī)線以下。

圖 11 整改后檢測(cè)機(jī)構(gòu)傳導(dǎo)波形

六. 總結(jié)

DCDC開(kāi)關(guān)電源由于其固有的開(kāi)關(guān)特性，成為低頻段噪聲的一個(gè)重要來(lái)源，因此在電路設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行重點(diǎn)考慮和處理，在DCDC輸入前端增加濾波電路是一個(gè)有效的解決辦法。

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