SI高速電路設(shè)計(jì)

1、SI 高速電路設(shè)計(jì)：EMI 抑制4.3EMI 的控制我們知道，造成設(shè)備性能降低或失效的電磁干擾必須同時(shí)具備三個(gè)要素，首先是有一個(gè)電磁場所，其次是有干擾源和被干擾源，最后就是具備一條電磁干擾的耦合通路，以便把能量從干擾源傳遞到受干擾源。因此，為解決設(shè)備的電磁兼容性，必須圍繞這三點(diǎn)來分析。一般情況下，對于 EMI 的控制，我們主要采用三種措施：屏蔽、濾波、接地。這三種方法雖然有著獨(dú)立的作用，但是相互之間是有關(guān)聯(lián)的，良好的接地可以降低設(shè)備對屏蔽和濾波的要求，而良好的屏蔽也可以使濾波器的要求低一些。下面，我們來分別介紹屏蔽、濾波和接地。屏蔽能夠有效的抑制通過空間傳播的電磁干擾。采用屏蔽的目的有兩個(gè)，一

2、個(gè)是限制內(nèi)部的輻射電磁能量外泄出控制區(qū)域，另一個(gè)就是防止外來的輻射電磁能量入內(nèi)部控制區(qū)。按照屏蔽的機(jī)理，我們可以將屏蔽分為電場屏蔽、磁場屏蔽、和電磁場屏蔽。4.3.1.1 電場屏蔽一般情況下，電場感應(yīng)可以看成是分布電容問的耦合，圖1-4-4 是一個(gè)電場感應(yīng)的示意圖。圖 1-4-4 電場感應(yīng)示意圖其中 A 為干擾源，B 為受感應(yīng)設(shè)備，其中 Ua 和 Ub 之間的關(guān)系為 Ub=C1*Ua/（C1+C2）C1 為 A、B 之間的分布電容；C2 為受感應(yīng)設(shè)備的對地電容。根據(jù)示意圖和等式，為了減弱 B 上面的地磁感應(yīng)，使用的方法有EMI 控制技術(shù)現(xiàn)有的系統(tǒng)級 EMI 控制技術(shù)包括：1 .將電路封閉在一個(gè)

3、 FARADAY 法拉第）盒中（注意包含電路的機(jī)械封裝應(yīng)該密封）來實(shí)現(xiàn) EMI 屏蔽；2 .在電路板或者系統(tǒng)的 I/O 端口采取濾波和衰減技術(shù)來實(shí)現(xiàn) EMI 控制；3 .實(shí)現(xiàn)電路的電場和磁場的嚴(yán)格屏蔽，或者在電路板上采取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)技術(shù)嚴(yán)格控制 PCB 走線和電路板層（自屏蔽）的電容和電感，從而改善 EMI性能。一般來說，越接近 EMI 源，實(shí)現(xiàn) EMI 控制所需的成本就越小。PCB 的集成電路芯片是 EMI 最主要的能量來源，因此如果能夠深入了解集成電路芯片的內(nèi)部特征，可以簡化 PCB 和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)中的 EMI 控制。EMI 的來源數(shù)字集成電路從邏輯高到邏輯低之間的轉(zhuǎn)換或者從邏輯低到邏輯高之間

4、的轉(zhuǎn)換過程，輸出端產(chǎn)生的方波信號頻率并不是導(dǎo)致 EMI 的唯一頻率成分。該方波中包含頻率范圍寬廣的正弦諧波分量，這些正弦諧波分量構(gòu)成工程師所關(guān)心的EMI 頻率成分。最高的 EMI 頻率也稱為 EMI 發(fā)射帶寬，它是信號上升時(shí)間而不是信號頻率的函數(shù)。計(jì)算 EMI 發(fā)射帶寬的公式為：F=0.35/Tr,其中：F 是頻率，單位是 GHz;Tr 是單位為 ns（納秒）的信號上升時(shí)間或者下降時(shí)間。從上述公式不難看出，如果電路的開關(guān)頻率為 50MHz，而采用的集成電路芯片的上升時(shí)間是1ns,那么該電路的最高EMI發(fā)射頻率將達(dá)到350MHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該電路的開關(guān)頻率。而如果 IC 的上升時(shí)間為 500Ps，

5、那么該電路的最高 EMI 發(fā)射頻率將高達(dá) 700MHz眾所周知，電路中的每一個(gè)電壓值都對應(yīng)一定的電流，同樣每一個(gè)電流都存在對應(yīng)的電壓。當(dāng) IC 的輸出在邏輯高到邏輯低或者邏輯低到邏輯高之間變換時(shí)，這些信號電壓和信號電流就會(huì)產(chǎn)生電場和磁場，而這些電場和磁場的最高頻率就發(fā)射帶寬。電場和磁場的強(qiáng)度以及對外輻射的百分比，不僅是信號上升時(shí)間的函數(shù)，同時(shí)也取決于對信號源到負(fù)載點(diǎn)之間信號信道上電容和電感的控制的好壞，在此，信號源位于 PCB 板的IC 內(nèi)部，而負(fù)載位于其它的 IC 內(nèi)部，這些 IC 可能在 PCB 上，也可能不在該 PCB 上。為了有效地控制 EMI,不僅需要關(guān)注 IC 芯片自身的電容和電感

6、，同樣需要重視 PCB 上存在的電容和電感。當(dāng)信號電壓與信號回路之間的耦合不緊密時(shí)， 電路的電容就會(huì)減小， 因而對電場的抑制作用就會(huì)減弱，從而是 EMI 增大；電路中的電流也存在同樣的情況，如果電流同返回路徑之間耦合不佳， 勢必加大回路上的電感， 從而增強(qiáng)了磁場，最終導(dǎo)致 EMI增加。換句話說，對電場控制不佳通常也會(huì)導(dǎo)致磁場抑制不佳。用來控制電路板中電磁場的措施與用來抑制 IC 封裝中電磁場的措施大體相似。正如同 PCB 設(shè)計(jì)的情況，IC 封裝設(shè)計(jì)將極大地影響 EMI。電路中相當(dāng)一部分電磁輻射是由電源總線中的電壓瞬變再成的。當(dāng) IC的輸出級發(fā)生跳變并驅(qū)動(dòng)相連的PCB線為邏輯“高”時(shí)， IC芯片

7、將從電源中吸納電流，提供輸出級所需的能量。對于 IC 不斷轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的超高頻電流而言，電源總線始于PCB 上的去耦網(wǎng)絡(luò)，止于 IC 的輸出級。如果輸出級的信號上升時(shí)間為 1.0ns,那么 IC要在 1.0ns 這么短的時(shí)間內(nèi)從電源上吸納足夠的電流來驅(qū)動(dòng) PCB 上的傳輸線。電源總線上電壓的瞬變?nèi)Q于電源總線路徑上的電感、吸納的電流以及電流的傳輸時(shí)間。電壓的瞬變由下面的公式多定義：V=Ldi/dt,其中：L 是電流傳輸路徑上電感的值；di 表示信號上升時(shí)問問隔內(nèi)電流的變化；dt 表示電流的傳輸時(shí)間（信號的上升時(shí)間）。由于 IC 管腳以及內(nèi)部電路都是電源總線的一部分，而且吸納電流和輸出信號的上升時(shí)

8、間也在一定程度上取決于 IC 的工藝技術(shù)，依次選擇合適的 IC 就可以在很大程度上控制上述公式中提到的所有三個(gè)要素。IC 封裝在電磁干擾控制的作用IC 封裝通常包括：硅基芯片、一個(gè)小型的內(nèi)部 PCB 以及焊盤。硅基芯片安裝在小型的 PCB 上，通過綁定線實(shí)現(xiàn)硅基芯片與焊盤之間的連接，在某些封裝中也可以實(shí)現(xiàn)直接連接。小型 PCB 實(shí)現(xiàn)硅基芯片上的信號和電源與 IC 封裝上的對應(yīng)管腳之間的連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了硅基芯片上信號和電源節(jié)點(diǎn)的對外延伸。貫穿該 IC 的電源和信號的傳輸路徑包括：硅基芯片、與小型 BCB 之間的聯(lián)機(jī)、PCB 走線以及 IC 封裝的輸入和輸出管腳。對電容和電感（對應(yīng)于電場和磁場）

9、控制的好壞在很大程度上取決于整個(gè)傳輸路徑設(shè)計(jì)的好壞。某些設(shè)計(jì)特征將直接影響整個(gè) IC 芯片封裝的電容和電感。首先看硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的連接方式。許多的 IC 芯片都采用綁定線來實(shí)現(xiàn)硅基芯片內(nèi)部小電路板之間的連接，這是一種在硅基芯片與內(nèi)部小電路板之間的極細(xì)的飛線。這種技術(shù)之所以應(yīng)用廣泛是因?yàn)楣杌酒蛢?nèi)部小電路板的熱脹系數(shù)（CTE）相近。芯片本身是一種硅基器件，其熱脹系數(shù)與典型的 PCB 材料（如環(huán)氧樹脂）的熱脹系數(shù)有很大的差別。如果硅基芯片的電氣連接點(diǎn)直接安裝在內(nèi)部小 PCB 上的話，那么在一段相對較短的時(shí)間之后，IC 封裝內(nèi)部溫度的變化導(dǎo)致熱脹冷縮，這種方式的連接就會(huì)因?yàn)閿嗔讯А?/p>

10、綁定線是一種適應(yīng)這種特殊環(huán)境的引線方式，它可以承受大量的彎曲變形而不容易斷裂。采用綁定線的問題在于，每一個(gè)信號或者電源線的電流環(huán)路面積的增加將導(dǎo)致電感值升高。獲得較低電感值的優(yōu)良設(shè)計(jì)就是實(shí)現(xiàn)硅基芯片與內(nèi)部 PCB之間的直接連接，也就是說硅基芯片的連接點(diǎn)直接粘接在 PCB 勺焊盤上。這就要求選擇使用一種特殊的 PCBfeS 材料，這種材料應(yīng)該具有極低的 CTE。而選擇這種材料將導(dǎo)致 IC 芯片整體成本的增加，因而采用這種工藝技術(shù)的芯片并不常見，但是只要這種將硅基芯片與載體 PCB 直接連接的 IC 存在并且在設(shè)計(jì)方案中可行，那么采用這樣的IC 器件就是較好的選擇。一般來說，在 IC 封裝設(shè)計(jì)中，

11、降低電感并且增大信號與對應(yīng)回路之間或者電源與地之間電容是選擇集成電路芯片過程的首選考慮。舉例來說，小間距的表面貼裝與大間距的表面貼裝工藝相比，應(yīng)該優(yōu)先考慮選擇采用小間距的表面貼裝工藝封裝的 IC 芯片，而這兩種類型的表面貼裝工藝封裝的 IC 芯片都優(yōu)于過孔引線類型的封裝。BGA 封裝的 IC 芯片同任何常用的封裝類型相比具有最低的引線電感。從電容和電感控制的角度來看，小型的封裝和更細(xì)的間距通常總是代表性能的提高。引線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要特征是管腳的分配。 由于電感和電容值的大小都取決于信號或者是電源與返回路徑之間的接近程度，因此要考慮足夠多的返回路徑。電源和地管腳應(yīng)該成對分配，每一個(gè)電源管腳都應(yīng)

12、該有對應(yīng)的地管腳相鄰分布，而且在這種引線結(jié)構(gòu)中應(yīng)該分配多個(gè)電源和地管腳對。這兩方面的特征都將極大地降低電源和地之間的環(huán)路電感，有助于減少電源總線上的電壓瞬變，從而降低 EML由于習(xí)慣上的原因，現(xiàn)在市場上的許多 IC 芯片并沒有完全遵循上述設(shè)計(jì)規(guī)則，然而 IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠商都深刻理解這種設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)，因而在新的 IC 芯片設(shè)計(jì)和發(fā)布時(shí) IC 廠商更關(guān)注電源的連接。理想情況下，要為每一個(gè)信號管腳都分配一個(gè)相鄰的信號返回管腳（如地管腳）。實(shí)際情況并非如此，即使思想最前衛(wèi)的 IC 廠商也沒有如此分配 IC 芯片的管腳，而是采用其它折衷方法。在 BGA 封裝中，一種行之有效的設(shè)計(jì)方法是在每組八個(gè)信號管

13、腳的中心設(shè)置一個(gè)信號的返回管腳，在這種管腳排列方式下，每一個(gè)信號與信號返回路徑之間僅相差一個(gè)管腳的距離。而對于四方扁平封裝（QFP）或者其它鷗翼（gullwing）型封裝形式的 IC 來說，在信號組的中心放置一個(gè)信號的返回路徑是不現(xiàn)實(shí)的，即便這樣也必須保證每隔 4 到 6 個(gè)管腳就放置一個(gè)信號返回管腳。需要注意的是，不同的 IC 工藝技術(shù)可能采用不同的信號返回電壓。有的IC 使用地管腳（如 TTL 器件）作為信號的返回路徑，而有的 IC 則使用電源管腳（如絕大多數(shù)的 ECL 器件）作為信號的返回路徑，也有的 IC 同時(shí)使用電源和地管腳（比如大多數(shù)的 CMO件） 作為信號的返回路徑。 因此設(shè)計(jì)工

14、程師必須熟悉設(shè)計(jì)中使用的 IC芯片邏輯系列，了解它們的相關(guān)工作情況。IC 芯片中電源和地管腳的合理分布不僅能夠降低 EMI,而且可以極大地改善地彈反射(groundbounce)效果。當(dāng)驅(qū)動(dòng)傳輸線的器件試圖將傳輸線下拉到邏輯低時(shí)，地彈反射卻仍然維持該傳輸線在邏輯低閾值電平之上，地彈反射可能導(dǎo)致電路的失效或者故障。IC 封裝中另一個(gè)需要關(guān)注的重要問題是芯片內(nèi)部的 PCB 設(shè)計(jì)，內(nèi)部PCB 通常也是 IC 封裝中最大的組成部分，在內(nèi)部 PCB 設(shè)計(jì)時(shí)如果能夠?qū)崿F(xiàn)電容和電感的嚴(yán)格控制，將極大地改善設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體 EMI 性能。如果這是一個(gè)兩層的 PCB 板，至少要求 PCB 板的一面為連續(xù)的地平面層

15、，PCB 板的另一層是電源和信號的布線層。更理想的情況是四層的 PCB 板，中間的兩層分別是電源和地平面層，外面的兩層作為信號的布線層。由于 IC 封裝內(nèi)部的 PCB 通常都非常薄，四層板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將引出兩個(gè)高電容、低電感的布線層，它特別適合于電源分配以及需要嚴(yán)格控制的進(jìn)出該封裝的輸入輸出信號。低阻抗的平面層可以極大地降低電源總線上的電壓瞬變，從而極大地改善 EMI 性能。這種受控的信號線不僅有利于降低 EMI,同樣對于確保進(jìn)出 IC 的信號的完整性也起到重要的作用。其它相關(guān)的 IC 工藝技術(shù)問題集成電路芯片偏置和驅(qū)動(dòng)的電源電壓 Vcc 是選擇 IC 時(shí)要注意的重要問題。從IC 電源管腳吸納的

16、電流主要取決于該電壓值以及該 IC 芯片輸出級驅(qū)動(dòng)的傳輸線(PCB 線和地返回路徑)阻抗。5V 電源電壓的 IC 芯片驅(qū)動(dòng) 50?傳輸線時(shí)，吸納的電流為 100mA;3.3V 電源電壓的 IC 芯片驅(qū)動(dòng)同樣的 50?傳輸線時(shí)，吸納電流將減小到 66mA;1.8V 電源電壓的 IC 芯片驅(qū)動(dòng)同樣的 50?傳輸線時(shí)，吸納電流將減小到36mA 由此可見，在公式 V=Ldi/dt 中，驅(qū)動(dòng)電流從 100mA 減少到 36mA 可以有效地降低電壓的瞬變 V,因而也就降低了 EMI。低壓差分信號器件(LVDS)的信號電壓擺幅僅有幾百毫伏，可以想象這樣的器件技術(shù)對 EMI的改善將非常明顯。電源系統(tǒng)的去耦也是

17、一個(gè)值得特別關(guān)注的問題。IC 輸出級通過 IC 的電源管腳吸納的電流都是由電路板上的去耦網(wǎng)絡(luò)提供的。降低電源總線上電壓下降的一種可行的辦法是縮短去耦電容到 IC 輸出級之間的分布路徑。這樣將降低“Ldi/dt”表達(dá)式中的“L”項(xiàng)。由于 IC 器件的上升時(shí)間越來越快，在設(shè)計(jì) PCB 板時(shí)唯一可以實(shí)施的辦法是盡可能地縮短去耦電容到IC輸出級之間的分布路徑。 一種最直接的解決方法是將所有的電源去耦都放在IC內(nèi)部。最理想的情況是直接放在硅基芯片上，并緊鄰被驅(qū)動(dòng)的輸出級。對于 IC 廠商來說，這不僅昂貴而且很難實(shí)現(xiàn)。然而如果將去耦電容直接放在 IC 封裝內(nèi)的 PCB 板上，并且直接連接到硅基芯片的管腳，

18、這樣的設(shè)計(jì)成本增加得最少，對 EMI 控制和提高信號完整性的貢獻(xiàn)最大。目前僅有少數(shù)高端微處理器采用了這種技術(shù)，但是 IC 廠商們對這項(xiàng)技術(shù)的興趣正與日俱增，可以預(yù)見這樣的設(shè)計(jì)技術(shù)必將在未來大規(guī)模、高功耗的 IC 設(shè)計(jì)中普遍應(yīng)用。在 IC 封裝內(nèi)部設(shè)計(jì)的電容通常數(shù)值都很小(小于幾百皮法)，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師仍然需要在 PCB 板上安裝數(shù)值在 0.001uF 到 0.1uF 之間的去耦電容，然而 IC 封裝內(nèi)部的小電容可以抑制輸出波形中的高頻成分，這些高頻成分是 EMI 的最主要來源。傳輸線終端匹配也是影響 EMI 的重要問題。通過實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)線的終端匹配可以降低或者消除信號反射。信號反射也是影響信號

19、完整性的一個(gè)重要因素。從減小 EMI 的角度來看，串行終端匹配效果最明顯，因?yàn)檫@種方式的終端匹配將入射波(在傳輸在線傳播的原始波形)降低到了 Vcc 的一半，因而減小了驅(qū)動(dòng)傳輸線所需的瞬時(shí)吸納電流。這種技術(shù)通過減少“Ldi/dt”中的“di”項(xiàng)來達(dá)到降低 EMI 的目的。某些 IC 廠商將終端匹配電阻放在 IC 封裝內(nèi)部，這樣除了能夠降低 EMI 和提高信號完整性，還減少了 PCB 板上的電阻數(shù)目。檢查 IC 芯片是否采用了這樣的技術(shù)可以更加清楚 IC 的輸出阻抗。當(dāng) IC 的輸出阻抗同傳輸線的阻抗匹配時(shí)，就可以認(rèn)為這樣的傳輸線實(shí)現(xiàn)了“申聯(lián)終端匹配”。值得注意的是串聯(lián)終端匹配的 IC 采用了信

20、號轉(zhuǎn)換的反射模型。而在實(shí)際應(yīng)用中如果沿傳輸線方向分布有多個(gè)負(fù)載，并且有非常嚴(yán)格的時(shí)序要求，這時(shí)串聯(lián)終端匹配就可能不起作用。最后，某些 IC 芯片輸出信號的斜率也受到控制。對大多數(shù)的 TTL 和CMO 湍件來說，當(dāng)它們的輸出級信號發(fā)生切換時(shí)，輸出晶體管完全導(dǎo)通，這樣就會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間電流來驅(qū)動(dòng)傳輸線。電源總線上如此大的浪涌電流勢必產(chǎn)生非常大的電壓瞬變(V=Ldi/dt)。而許多 ECLMECL 和 PECL 器件通過在輸出晶體管線性區(qū)的高低電平之間的轉(zhuǎn)換來驅(qū)動(dòng)輸出級，通常稱之為非飽和邏輯，其結(jié)果是輸出波形的波峰和波谷會(huì)被削平，因而減小了高頻諧波分量的幅度。這種技術(shù)通過提升表達(dá)式“Ldi/dt”中

21、的信號上升時(shí)間“dt”項(xiàng)來減小 EMI。正確的布局和組件選擇是控制 EMI 的關(guān)鍵一、電壓調(diào)節(jié)器圖1.圖中所示的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器采用外接的開關(guān)管(HL)和同步整流器(H2)最為普通的功率轉(zhuǎn)換器就是電壓調(diào)節(jié)器，主要包含：開關(guān)型、并聯(lián)型和線性調(diào)節(jié)器。線性和并聯(lián)型調(diào)節(jié)器的適用范圍很有限，其輸出電壓必須保持低于輸入電壓。另外，大多數(shù)開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率也優(yōu)于對應(yīng)的線性或并聯(lián)型調(diào)節(jié)器。不過，線性/并聯(lián)型調(diào)節(jié)器的低噪聲和簡單性使它們相對于開關(guān)調(diào)節(jié)器更有吸引力。最簡單的電壓調(diào)節(jié)器是并聯(lián)型調(diào)節(jié)器，它通過調(diào)節(jié)流過電阻的電流，使輸入電壓下降到一個(gè)穩(wěn)定的輸出電平。齊納二極管具有類似功能，但齊納管中的功率消耗過大，且負(fù)載

22、調(diào)整能力很差。有些并聯(lián)調(diào)節(jié)器允許利用分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)定穩(wěn)定電壓，但通常是作為一個(gè)功能模塊出現(xiàn)在更為復(fù)雜的調(diào)節(jié)器或電源中。一般來講，并聯(lián)調(diào)節(jié)器適合于負(fù)載電流變化不大的INPUT土CSH-LGttDC5L低功耗系統(tǒng)。然而，這種狹窄的應(yīng)用范圍可以通過增加一個(gè)有源調(diào)整組件（通常是一個(gè)雙極晶體管）而得以擴(kuò)展，此時(shí)的并聯(lián)調(diào)節(jié)器就轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性調(diào)節(jié)器。線性調(diào)節(jié)器的輸入電流接近于輸出電流， 它的效率 （輸出功率除以輸入功率）接近于輸出/輸入電壓比。因此，壓差是一個(gè)非常重要的性能，因?yàn)楦偷膲翰钜馕吨叩男省５蛪翰罹€性穩(wěn)壓器（LDO 可作為一道屏障來隔離開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲，在此用途中，LDO 調(diào)節(jié)器的低壓差特性有利

23、于改善電路的總體效率。如果線性或并聯(lián)型調(diào)節(jié)器的性能不能滿足應(yīng)用要求，那么設(shè)計(jì)者就必須轉(zhuǎn)而考慮開關(guān)型調(diào)節(jié)器。開關(guān)調(diào)節(jié)器或電源所產(chǎn)生的噪聲以傳導(dǎo)或輻射的形式出現(xiàn)，傳導(dǎo)型噪聲表現(xiàn)為電壓或電流形式，它們還可進(jìn)一步分類為共?；虿钅鞑シ绞?。更為復(fù)雜的是，連接在線有限的阻抗會(huì)將電壓/電流傳播轉(zhuǎn)換為電流/電壓傳播，另外差模/共模傳播也會(huì)產(chǎn)生出共模/差模傳播噪聲。通過降低上述一種或多種傳播類型的噪聲可以使電路得到優(yōu)化，傳導(dǎo)型噪聲對于固定安裝系統(tǒng)的影響往往比對便攜式系統(tǒng)更為嚴(yán)重。因?yàn)楸銛y式設(shè)備依靠電池工作，它的負(fù)載和能源沒有傳播傳導(dǎo)型噪聲的外部連接。從一般意義上講，各種開關(guān)調(diào)節(jié)器都是利用有源組件（晶體管和二極管

24、）在儲(chǔ)能組件（電感器和電容器）之間往復(fù)傳送電流，最終實(shí)現(xiàn)源端電壓/電流到負(fù)載端電壓/電流的轉(zhuǎn)換。為方便描述，考慮一個(gè)采用 MAX1653DC-DC 轉(zhuǎn)換控制器構(gòu)成的典型同步整流、降壓型轉(zhuǎn)換器（圖 1）。降低傳導(dǎo)型噪聲的一種最直接的方法是：在輸入端連接低阻抗旁路電容。另外一種方式較為靈巧，更節(jié)省成本和線路板空間，即：在電源和轉(zhuǎn)換器之間增加電感器，確保必要的直流電流能夠不受阻礙地通過，但應(yīng)確保轉(zhuǎn)換器在最高至環(huán)路的轉(zhuǎn)折頻率都有一個(gè)比較低的輸入阻抗（大多數(shù) DC-DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器的環(huán)路轉(zhuǎn)折點(diǎn)位于 10kHz 到 100kHz 問）。否則的話，輸入電壓的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定。輸出電容（COUT 上的

25、紋波電流要比 CIN 上的低得多，不但幅度較低，并且（不同于輸入電容）電流是連續(xù)的，因此也就具有比較少的諧波成分。通常，每匝線圈都被一層絕緣物質(zhì)覆蓋，這就在各匝線圈之間形成了一個(gè)小的電容。這些雜散電容串聯(lián)迭加后形成一個(gè)和電感相并聯(lián)的小等效電容，它提供了一條將沖擊電流傳導(dǎo)至 COUT 和負(fù)載的通路。這樣，開關(guān)節(jié)點(diǎn)處（LX）電壓波形的不連續(xù)跳變沿就會(huì)向 COUT 和負(fù)載傳送高頻電流，結(jié)果常常是在輸出電壓上形成毛刺，能量分布于 20MHz 至 50MHz 范圍。這種類型轉(zhuǎn)換器的負(fù)載常常是對于傳導(dǎo)噪聲敏感的微電子電路，不過幸運(yùn)的是，轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪聲在輸出端比起輸入端來更容易控制。和輸入端一樣，輸出傳導(dǎo)

26、噪聲也可以利用低阻抗旁路或第二級濾波來加以控制。需要注意的是，第二級（后端）濾波器的使用應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎。輸出電壓是控制環(huán)路中的一個(gè)控制變量， 輸出濾波器給環(huán)路增益附加了延時(shí)或相移 （或兩者），有可能使電路不穩(wěn)定。如果一個(gè)高 Q 值 LC 后端濾波器被置于回饋點(diǎn)之后，電感器的電阻將會(huì)降低負(fù)載調(diào)整特性，并且瞬態(tài)負(fù)載電流會(huì)引起輸出振蕩。降壓轉(zhuǎn)換器中的上述問題同樣存在于其它類型的開關(guān)轉(zhuǎn)換器中。二、共模噪聲按照定義，共模傳導(dǎo)噪聲在輸入或輸出端的兩條連接在線相位相同。一般來講，它僅對那些和大地有連接通路的固定系統(tǒng)造成影響。在一個(gè)帶有共模濾波器的典型離線式電源中（圖 2）,共模噪聲的主要產(chǎn)生源是 MOSFETMO

27、SFETS 常是電路中的主要耗能組件，很多情況下需要配散熱器。圖 2.在這個(gè)典型的離線式電源中，共橫溜液器可降低輸入加輸出兩制的噪聲TO-220 器件的散熱片連接于 MOSFETS 極，而大多數(shù)情況下，散熱器會(huì)向大地傳導(dǎo)電流。由于 MOSFET 與散熱器電氣隔離，它和大地之間具有一定的分布電容。隨著它的打開和關(guān)斷，迅速變化的漏極電壓會(huì)通過分布電容（CP1 向大地發(fā)送電流。由于交流電線和大地之間的低阻抗，這種共模電流會(huì)通過交流輸入流入大地。變壓器也會(huì)通過分布于隔離的初、次級繞組間的電容（CP2ACP2B 傳導(dǎo)高頻電流。這樣，噪聲會(huì)同時(shí)傳向輸出端和輸入端。圖 2 中，共模傳導(dǎo)噪聲被安置在噪聲源（電

28、源）和輸入或輸出之間的共模濾波器抑制。共模扼流圈（CMLJCML2 通常是在單一磁芯上按圖中所示極性繞制而成。負(fù)載電流和驅(qū)動(dòng)電源的入線電流都是差模電流（電流由一條線流入另一條線流出）。在這種由單一磁芯繞制的共模扼流圈中，差模電流產(chǎn)生的磁場互相抵消，因此可以使用較小的磁芯，因?yàn)槠渲械膬?chǔ)能很小。許多為離線式電源設(shè)計(jì)的共模扼流圈采用空間上分離的線圈繞成。這種結(jié)構(gòu)增加了一定的差模電感，這有助于降低傳導(dǎo)型差模噪聲。由于磁芯同時(shí)穿過兩組線圈，所以由差模電流和差模電感產(chǎn)生的磁場主要存在于空氣中而非磁芯中，這會(huì)導(dǎo)致電磁輻射。產(chǎn)生于電源所帶負(fù)載的共模噪聲會(huì)經(jīng)由變壓器中的分布電容（CP2ACP2B,穿過電源向交流

29、電網(wǎng)傳播。在變壓器中增加法拉第屏蔽（初、次級之間的接地層）可以降低這種噪聲。三、電場由于電場存在于兩個(gè)具有不同電位的表面或?qū)嶓w之間，因此，只需要用一個(gè)接地的防護(hù)罩將設(shè)備屏蔽起來，就可以相對容易地將設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的電場噪聲限制在屏蔽罩內(nèi)部。這種屏蔽措施已被廣泛用于監(jiān)視器、示波器、開關(guān)電源以及其它具有大幅度電壓擺動(dòng)的設(shè)備。另外一種通行的做法是在線路板上設(shè)置接地層。電場強(qiáng)度正比于表面之間的電位差，并反比于它們之間的距離。舉例來講，電場可存在于源和附近的接地層之間。這樣，利用多層線路板，在電路或聯(lián)機(jī)與高電位之間設(shè)置一個(gè)接地層，就可以對電場起到屏蔽作用。不過，在采用接地層時(shí)還應(yīng)注意到高壓線路中的容性負(fù)載。電容器儲(chǔ)能于電場中，這樣，當(dāng)靠近一個(gè)電容器設(shè)置接地層時(shí)就在導(dǎo)體和地之間形成一個(gè)電容。導(dǎo)體上的大 dV/dt 信號會(huì)產(chǎn)生大傳導(dǎo)電流到地，這樣，在控制輻射噪聲的同時(shí)卻增大了傳導(dǎo)噪聲。如果出現(xiàn)電場散射，來源最有可能位于系統(tǒng)中電位最高的地方。在電源和開關(guān)調(diào)節(jié)器中，應(yīng)該注意開關(guān)晶體管和整流器，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈唠娢?，而且由于帶有散熱器，也具有比較大的表面積。表面安裝器件同樣存在這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈兂３Ｒ蟠竺娣e線路板覆銅來幫助散熱。這種