對(duì)于汽車、通信以及測(cè)試與測(cè)量設(shè)備等廣大系統(tǒng)制造商來(lái)說(shuō)，技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了終端功能與性能的大幅提升，其根源在于系統(tǒng)中配備的功能愈加豐富的電子模塊。然而功能越豐富，電路就越復(fù)雜，不論是新款汽車中裝載的中控集成式多媒體系統(tǒng)、高性能音響系統(tǒng)，還是體積越來(lái)越小的 5G 通信設(shè)備（手機(jī)及基站），抑或是要求精度越來(lái)越高的儀器儀表，對(duì)于高精度數(shù)字和模擬 IC 的要求都愈發(fā)嚴(yán)苛，特別是在供電需求方面。

作為任何電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可或缺的部分，電源性能的高低對(duì)于系統(tǒng)性能的高低有著至關(guān)重要的影響。而電磁干擾(EMI)特性則是其中最關(guān)鍵的性能之一。這種干擾通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電耦合或傳導(dǎo)來(lái)影響電路，對(duì)于電源性能的任何要求（功率密度增加、開關(guān)頻率更高以及電流更大）都會(huì)擴(kuò)大 EMI 的影響。因此，如果在設(shè)計(jì)初期不加以考慮，將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能及上市時(shí)間。針對(duì)此種現(xiàn)狀，ADI 推出了專為低 EMI 場(chǎng)景設(shè)計(jì)的 Silent Switcher 系列架構(gòu)穩(wěn)壓器解決方案。

Silent Switcher 架構(gòu)這樣消除 EMI 干擾

最常用的 EMI 管制標(biāo)準(zhǔn)是 CISPR 25 Class 5，它詳細(xì)說(shuō)明了 150 kHz 至 1 GHz 頻率下的可接受限值。要在達(dá)到該要求，通常會(huì)涉及復(fù)雜的設(shè)計(jì)和測(cè)試程序，包括在解決方案的尺寸、總效率、可靠性和復(fù)雜性等眾多方面進(jìn)行權(quán)衡。傳統(tǒng)方法通過(guò)減慢開關(guān)邊沿或降低開關(guān)頻率來(lái)控制 EMI，由此帶來(lái)的弊端是效率降低，最小開關(guān)時(shí)間增加，解決方案尺寸增大。替代緩解方案包含龐大復(fù)雜的 EMI 濾波器、緩沖器或金屬屏蔽，這會(huì)顯著增加電路板空間、元件和裝配方面的成本，并使熱管理和測(cè)試復(fù)雜化。

Silent Switcher 降壓型穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)在高開關(guān)頻率(>2 MHz)下提供高效率、超低電磁干擾輻射，從而可實(shí)現(xiàn)非常緊湊且低噪聲的降壓解決方案。該系列采用了特殊的設(shè)計(jì)和封裝技術(shù)：在設(shè)計(jì)上，通過(guò)將熱回路分成極性相反的兩個(gè)回路，形成可以相互抵消的局部磁場(chǎng)；在封裝上，通過(guò)倒裝硅芯片并添加銅柱來(lái)縮短內(nèi)部 FET 到封裝引腳和輸入電容的距離，以縮小熱回路的范圍。利用上述技術(shù)，Silent Switcher 在 2 MHz 下能夠?qū)崿F(xiàn)>92%的效率，同時(shí)可以輕松符合 CISPR 25 5 類峰值 EMI 限制。

Silent Switcher 穩(wěn)壓器中的磁場(chǎng)抵消

新一代的 Silent Switcher 2 技術(shù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用銅柱代替鍵合線，增加了內(nèi)部旁路電容，以及集成式襯底接地平面以進(jìn)一步提高 EMI，使其對(duì) PCB 布局不敏感，從而可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低性能風(fēng)險(xiǎn)。

典型的 Silent Switcher 應(yīng)用原理圖及其在 PCB 上的外觀

采用 Silent Switcher 架構(gòu)的幾大典型應(yīng)用場(chǎng)景

1  應(yīng)對(duì)車載高電流應(yīng)用

汽車應(yīng)用要求系統(tǒng)不產(chǎn)生可能干擾其他汽車系統(tǒng)正常運(yùn)行的電磁噪聲。例如，開關(guān)電源是高效率電源轉(zhuǎn)換器，但會(huì)產(chǎn)生不受歡迎的可能影響其他系統(tǒng)的高頻信號(hào)。開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲發(fā)生在開關(guān)頻率及其諧波處。受此類噪聲影響的傳感器和其他儀器可能會(huì)運(yùn)行不正常，引起可聞噪聲或嚴(yán)重的系統(tǒng)故障。

下圖展示了一種低 IQ（靜態(tài)電流）、低噪聲解決方案，支持汽車 I/O 和外設(shè)的高電流應(yīng)用。前端的 LT8672 保護(hù)電路免受電池反向故障和高頻交流紋波的影響，正向壓降只有幾十 mV。LT8650S 的開關(guān)頻率為 400 kHz，輸入范圍為 3 V 至 40 V，兩個(gè)通道并聯(lián)工作時(shí)輸出能力為 8 A。兩個(gè)去耦電容靠近 LT8650S 的輸入引腳放置。由于采用 Silent Switcher 2 技術(shù)，即使沒有安裝 EMI 濾波器，高頻 EMI 性能也十分出色。該系統(tǒng)符合 CISPR 25 Class 5 峰值和均值的限值要求，而且裕量很大。

LT8672 和 LT8650S 配置用于高輸出電

下圖顯示了在 30 MHz 至 1 GHz 范圍內(nèi)的垂直極化的輻射 EMI 均值測(cè)試結(jié)果。完整解決方案具有原理圖簡(jiǎn)單、總元件數(shù)非常少、尺寸緊湊等特點(diǎn)，而且 EMI 性能不受電路板布局變化的影響。

LT8672 和 LT8650S EMI 性能：30 MHz 至 1 GHz

2  應(yīng)對(duì)寬調(diào)光比 LED 照明應(yīng)用

LED 照明的許多應(yīng)用都需要寬調(diào)光比。以汽車為例，汽車平視顯示器、信息娛樂系統(tǒng)和儀表盤照明中使用的 LED 背光燈必須具備足夠的亮度，以便與在白天不斷涌入車內(nèi)的直射陽(yáng)光相抗衡，而且還能把亮度降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，以避免在夜間使駕駛者出現(xiàn)瞬間致盲。這種極端 LED 調(diào)光要求在不增加昂貴降噪組件和復(fù)雜性的情況下會(huì)難以符合 CISPR EMI 標(biāo)準(zhǔn)。

LT3932 通過(guò)納入許多旨在最大限度降低 EMI 的內(nèi)置功能，使得可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高調(diào)光比和低 EMI：

借助其用于低 EMI 熱環(huán)路的 Silent Switcher? 架構(gòu)最大限度降低 EMI。

內(nèi)置的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制 (SSFM) 功能電路有助降低傳導(dǎo)和輻射 EMI。

LT3932 的轉(zhuǎn)換速率是受控的，以在保持低噪聲性能的同時(shí)優(yōu)化效率。
 

2MHz 汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器具有低 EMI 和在內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光以及整個(gè)輸入范圍內(nèi)的 90% 峰值效率 (未采用 EMI 濾波器時(shí)效率為 ~91%)

集成了 36V、2A 開關(guān)的 LT3932 同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器將其高效率集成化電源開關(guān)內(nèi)置在一個(gè)小外形 4mm x 5mm QFN 封裝中，并能以高達(dá) 2MHz 開關(guān)頻率運(yùn)行，適用于緊湊的高帶寬設(shè)計(jì)。憑借用于處理開路和短路 LED 的內(nèi)置故障保護(hù)功能，以及旨在幫助降低 EMI 的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制，LT3932 可滿足汽車和工業(yè) LED 照明應(yīng)用的苛刻要求。

LT3932 電路通過(guò)了 CISPR 25 Class 5 輻射平均 EMI 測(cè)試

3  應(yīng)對(duì)高精度測(cè)試測(cè)量應(yīng)用

為了確保高精度，精密測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)需要具有低紋波和輻射噪聲的電源解決方案，從而不會(huì)降低高分辨率轉(zhuǎn)換器信號(hào)鏈的性能。在這些測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用中，生成雙極和 / 或隔離系統(tǒng)電源給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了電路板面積、開關(guān)紋波、EMI 和效率方面的挑戰(zhàn)。

許多精密測(cè)試和測(cè)量?jī)x器（如源表或電源）需要進(jìn)行多象限操作，以獲取并測(cè)量正負(fù)信號(hào)。這就需要從單個(gè)具有低噪聲的正電源輸入有效地生成正負(fù)電源。使用 Silent Switcher、μModule 穩(wěn)壓器 LTM8074 提高降至更低電壓的高效率解決方案如下圖所示。

在低 EMI 的情況下將電壓降至更低電壓軌的電源解決方案

LTM8074 是采用小型 4 mm × 4 mm 尺寸 BGA 封裝的 Silent Switcher、μModule 降壓穩(wěn)壓器，能夠以低輻射噪聲提供高達(dá) 1.2 A 電流。此μModule 器件效率高且具有極低的輻射噪聲，因此是為噪聲敏感精密信號(hào)鏈供電的絕佳選擇。根據(jù)連接到放大器、DAC 或 ADC 等由電源供電元件的 PSRR，也許可以從 Silent Switcher 輸出端直接為其供電，無(wú)需 LDO 穩(wěn)壓器進(jìn)一步過(guò)濾電源紋波，而傳統(tǒng)開關(guān)需要這樣做。1.2A 的高輸出電流也意味著在需要的情況下，它可用于為 FPGA 等系統(tǒng)中的數(shù)字硬件供電。LTM8074 的小尺寸和高集成度使其非常適合空間受限應(yīng)用，同時(shí)簡(jiǎn)化并加速開關(guān)穩(wěn)壓器電源的設(shè)計(jì)和布局。

總結(jié)

電子系統(tǒng)當(dāng)前和未來(lái)都在不斷發(fā)展普及，可以預(yù)見，對(duì)低 EMI 的要求注定會(huì)越來(lái)越嚴(yán)苛。基于此，ADI 將會(huì)不斷地發(fā)展 Silent Switcher 架構(gòu)，不斷地提供越來(lái)越多的解決方案，以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員更加從容應(yīng)對(duì)現(xiàn)在、以及將來(lái)的各種挑戰(zhàn)。