小功率便攜式電子產品目前常用鋰電池和Boost(Buck)芯片給MCU、Audio以及顯示屏等器件供電。此類產品通常使用適配器供電，設計要求充電部分工作時，必須通過測試並符合 EMCbiaozhun。yibanlaishuo，weiletigaoxitonggongzuoxiaolv，lidianchichongdianxinpiandoushijiyukaiguangongzuofangshi，leisiyigekaiguandianyuan
，lingwai
，kenengqitadekaiguandianyuanxinpianzaitongshigongzuo，qijianjunweikaiguangongzuofangshi，tigaolegongzuoxiaolv，tongshiyinrulefushewenti
，zheyeshidianzichanpinshejiguochengzhongdechangjianwenti。benwenjiyuyigechanpinshejishili（用BQ24133單電池充電電路和LM3478升壓電路），對設計過程中曾經遇到的輻射難題進行了詳盡的分析。確定騷擾源
，找出耦合路徑，最終給出解決問題的方法，以供大家作參考。

 

 

實際的產品開發中，便攜式產品的EMI測試是用適配器給產品充電

，有其他外接設備連接也需要在測試時接上。下麵以一個實際產品的開發為例，說明這類產品設計的EMI設計要注意的問題，以及遇到輻射發射超標，如何來分析問題產生的原因。並找出解決問題的辦法。

 

 

如下圖1是一個Audio產品的電源部分的原理圖,這個產品有一個charger芯片BQ24133，在這個應用中設置最大充電電流2A。有一個Boost芯片LM3478，把電池電壓升壓到10V給Audio 芯片供電，滿載電流1A，另外一個Boost芯片LM3478，把電池電壓升到5V，給iphone或者 ipad充電，最大電流2A。適配器的直流輸出線規格是1.5米，手機充電的電源線約0.5米
，整個PCB板麵積大概12mm×8mm，設計為兩層板。

圖1：Audio供電回路圖

 

 

這類便攜式產品要求通過標準EN55022，Class B。這個產品的初版樣機在輻射發射測試時（未接手機），輻射發射30M到300M頻段嚴重超標，在200MHZ左右，超標20DB以上。

 

 

首先，先分析輻射超標產生的原因

，我們知道EMC三要素
，騷擾源，耦合路徑和敏感設備。這個產品中開關方式工作的器件無疑是騷擾源
，也就是BQ24133(開關頻率1.6MHZ)和兩個 LM3478（開關頻率400KHZ）。再看耦合路徑，30M到300M頻(pin)段(duan)對(dui)應(ying)的(de)波(bo)長(chang)是(shi)一(yi)米(mi)到(dao)十(shi)米(mi)
，如(ru)果(guo)要(yao)發(fa)射(she)一(yi)定(ding)波(bo)長(chang)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)，需(xu)要(yao)一(yi)根(gen)發(fa)射(she)天(tian)線(xian)，成(cheng)為(wei)天(tian)線(xian)的(de)必(bi)要(yao)條(tiao)件(jian)是(shi)長(chang)度(du)至(zhi)少(shao)要(yao)大(da)於(yu)波(bo)長(chang)的(de)二(er)十(shi)分(fen)之(zhi)一(yi)，當(dang)天(tian)線(xian)是(shi)電(dian)磁(ci)波(bo)半(ban)波(bo)長(chang)的(de)整(zheng)數(shu)倍(bei)時(shi)
，發(fa)射(she)功(gong)率(lv)最(zui)大(da)。滿(man)足(zu)以(yi)上(shang)條(tiao)件(jian)能(neng)成(cheng)為(wei)天(tian)線(xian)的(de)導(dao)線(xian)就(jiu)是(shi)幾(ji)根(gen)外(wai)接(jie)線(xian)，最(zui)有(you)可(ke)能(neng)的(de)是(shi)適(shi)配(pei)器(qi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)線(xian)和(he)地(di)線(xian)。分(fen)析(xi)layout 設計
，發現產品設計時
，隻用了一個地，在整個PCB的兩層均大麵積鋪地，並且與適配器的地線連接在一起，加上手機的充電導線，構成一根超過兩米長的地線。另外BQ24133充電電路和兩個LM3478的升壓電路底下也是大麵積的鋪地，造成高頻幹擾直接耦合到地平麵，通過長的地線發射出來。

 

 

針對以上分析，做了整改。由於是便攜式音頻設備，沒有PE線

，無法使用Y電容
，客戶也不希望使用共模電感增加成本，所以主要優化layout。采取了以下措施：

 

 

1)將每個電源回路梳理，將模擬地和數字地分開，每個單元電路不要相互交叉。BQ24133 的數字地和模擬地分開走線，在芯片下通過一個0歐姆電阻的單點接。另外，BQ24133的功率地最好跟整個產品的地適當分割
，單點連接。

2)減小諧波回路麵積，對LM3478，如圖
，MOS管開通時
，Cin，L和MOS構成一個回路對電感充電，請看圖2（a）的Cycle1。MOS管關斷時，Cin，L，D
，Cout構成另一個回路對電感放電，請看圖2（b）中的 Cycle2。對於二極管D，交替工作在正向導通和反向截止的狀態

，因此，有很高的反向恢複尖峰電壓
，需要在二極管兩端加Snubber電路來抑製這個尖峰電壓
，以避免產生過大的共模噪聲。這兩個回路的工作頻率是MOSdekaiguanpinlv，xiebofenliangda，bubanshiyaojinliangjianxiaoxiebohuiludemianji。yaobazhelianggegonglvhuiludeqijiankaojinfangzhi
，zoudatongpikuanzouxian，jianxiaokaiguanpinlvxiebodehuiluzukang。

圖2：LM3478工作原理圖

 

BQ24133實質是一個Buck回路。也有類似的問題。請看圖3
，BQ24133工作原理圖
，輸入電容C1，整流管開通
，續流管關斷，整流管電感和負載構成一個高頻回路，有很高的dI/dT。另外，整流管關斷
，續流管開通時
，電感電流通過續流管續流（在重載時續流管工作在電感電流連續模式）， 電感電流沒有減小到零時整流管又會開通，這是續流管被強製加反向電壓而截止，產生很高的反向恢複電壓尖峰（雖然是同步整流，由於死區的存在，死區時間內仍然是二極管整流），這會導致比較大的共模噪聲
，所以需要在SW對PGND加Snubber電路來抑製續流管的反向尖峰。因此，輸入濾波電容C1、電感L1和輸出濾波電容C2應盡量靠近芯片布置
，減小高頻回路麵積。功率回路走線應走大銅皮寬走線
，減小諧波阻抗，最好都布置在PCB的同層，Snubber放置在緊靠下管的位置。

圖3：BQ24133高頻電流回路圖

 

總的來說

，LM3478和BQ24133的輸入輸出走整塊大銅皮
，將輸入電容和輸出電容緊靠功率開關管，使回路圍成的麵積最小。選擇ESR較jiao小xiao的de電dian容rong，由you於yu成cheng本ben原yuan因yin，這zhe類lei產chan品pin用yong的de電dian容rong都dou比bi較jiao差cha
，這zhe個ge項xiang目mu原yuan來lai用yong電dian解jie電dian容rong
，建jian議yi多duo增zeng加jia些xie瓷ci片pian電dian容rong組zu合he使shi用yong

，這zhe樣yang在zai低di成cheng本ben下xia獲huo得de好hao的de效xiao果guo。這zhe樣yang使shi輸shu入ru輸shu出chu的de開kai關guan頻pin率lv的de諧xie波bo回hui路lu盡jin量liang小xiao，諧xie波bo阻zu抗kang盡jin量liang小xiao
，可ke以yi減jian小xiao回hui路lu對dui外wai的de輻fu射she幹gan擾rao。

 

3) 上麵提到在BQ24133的下管加Snubber電路（加在SW和PGND之間）
，在LM3478的續流二極管加Snubber電路。Snubber電路緊貼開關管管腳，加寬走線，高頻諧波就近旁路。 首先可以先預放一個2-3ohm的電阻，電容取500-1000pF。在輻射測試中，如果裕量不足或者超規格
，就適當增加RC，以吸收更多的高頻能量
，如果裕量過大，應減小RC的值以提高效率。

 

4) 對於兩層板來說，將電感和MOS等功率器件和功率器件之間走線下麵的GND銅皮去掉或者減小。降低開關管到GND的分布電容，減小共模耦合。

 

 

一般來說
，如果條件允許
，盡可能把電源回路跟其他電路在布局上適當分開。例如，把電源類器件布置在PCB左側，跟其他電路適當留隔離帶。輸出線和端子盡量遠離開關管
，電感等器件。在諧波較大的回路上
，注意PCB走線避免用銳角
，盡量倒鈍角或走圓角。

 

 

對(dui)於(yu)多(duo)節(jie)電(dian)池(chi)，充(chong)電(dian)功(gong)率(lv)增(zeng)加(jia)，電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)線(xian)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)長(chang)度(du)，避(bi)免(mian)電(dian)池(chi)線(xian)變(bian)成(cheng)輻(fu)射(she)天(tian)線(xian)。另(ling)外(wai)，可(ke)考(kao)慮(lv)適(shi)當(dang)增(zeng)加(jia)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)來(lai)抑(yi)製(zhi)電(dian)池(chi)線(xian)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)。

 

 

建議客戶輻射測試時用蓄電池加1.5米線做輸入源，排除Adapter造成的幹擾。另外，測試中調整Snubber參數，在效率和EMI中取得一個平衡點,RC的值不能加的過大
，以免導致IC 過熱。所以
，幹擾源噪聲比較大時，要考慮多種措施同時使用，以取得最優的效果。

 

 

經過整改後，優化了layout，順利通過了輻射測試。從這個項目
，總結一些經驗。首先，確定騷擾源和發射天線，增加Snubber電路吸收騷擾源的高頻諧波。其次
， 判斷耦合路徑，重點通過優化layout
，使諧波就近通過電容旁路，減少騷擾源的高頻騷擾到外接長線的耦合。EMC設計的本質，就是如何處理好諧波的問題。