工業、汽車與個人運算應用中的電子系統愈發密集且互相連接。為了改善這類系統的尺寸和功能，因此在封裝各種不同電路時皆採取近封裝距離。有鑑於前述限制，降低電磁干擾 (EMI) 影響也逐漸成為重要的系統設計考量。
圖 1 所示的車用攝影機模組就是這類多功能系統其中一個範例，該模組內的兩百萬像素成像元件、4 Gbps 的串聯器及四通道電源管理積體電路 (PMIC) 皆以近距離封裝在一起。如此會使複雜度和密度隨之提升並帶來副作用，也就是使成像元件與訊號處理元件緊鄰 PMIC，而 PMIC 帶有高電流與電壓。除非在設計期間能夠小心留意，否則前述的配置方式勢必會導致一系列電路對敏感元件的功能造成電磁干擾。
圖 1：車用攝影機模組
電磁干擾 (EMI) 可能會以兩種方式顯現。例如連接相同電源供應器的無線電和馬達鑽就是一例，如圖 2 所示。在本例中，敏感無線電系統的運作會透過傳導方式受到馬達影響，因為這兩者共用相同的電源插座。馬達也會透過電磁輻射對無線電的功能造成影響，因為前述電磁輻射會透過空氣耦合，並受到無線電天線接收。
終端設備製造商整合不同來源的元件時，唯一能確保干擾電路和敏感電路可和平共存並正確運作的方法，就是建立一套共用規則，針對干擾電路設定干擾程度的限制，且敏感電路必須能夠處理該程度的干擾。
圖 2：透過傳導和電磁方式造成的電磁干擾
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共用 EMI 標準
用於限制干擾的規定採用業界標準規格建立，例如適用汽車產業的國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25，以及適用多媒體設備的 CISPR 32。CISPR 標準是 EMI 設計的重要關鍵，因其可決定任何 EMI 降低技術的目標性能。CISPR 標準可根據干擾模式分類為傳導式限制和輻射式限制，如圖 3 所示。圖 3 圖表中的長條代表最大的傳導式和輻射式排放限制，這是使用標準 EMI 測量設備進行測量時，受測裝置所能容許的上限。
圖 3：傳導式和輻射式 EMI 的一般標準
EMI 的成因
若要建立相容於 EMI 標準的系統，需要清楚了解 EMI 的主要成因。現代電子系統中，最常見的電路之一就是硬式切換電源供應器 (SMPS)，可在多數應用中透過線性穩壓器大幅提升效率。但這樣的效率必須付出代價，因在 SMPS 中切換功率場效應電晶體，會使其成為主要 EMI 來源。
如圖 4 所示，在 SMPS 中進行切換的本質，會導致產生非連續輸入電流、在切換節點的高邊緣速率，以及電源迴路中因寄生電感而在切換邊緣產生的其他振鈴。非連續電流會影響 <30 MHz 頻帶的 EMI，而在切換節點的高邊緣速率以及振鈴則會影響 30 至 100 MHz 頻帶的 EMI，以及 >100 MHz 之頻帶的 EMI。
圖 4：SMPS 運作期間的主要 EMI 來源
降低 EMI 的傳統和進階技術
在傳統設計中，主要使用兩種方法降低切換轉換器產生的 EMI，而兩種方法都會造成相關的損失。為了處理低頻率 (<30 MHz) 排放並符合適用標準，會在切換轉換器的輸入處放置大型被動濾波器，造成解決方案更為昂貴、功率密度更低。
而一般降低高頻率排放的方式，則是透過有效的閘極驅動器設計來降低切換邊緣速率。雖然這麼做有助降低 >30 MHz 之頻帶的 EMI，但是降低的邊緣速率會導致切換損失增加，進而使解決方案的效率降低。換句話說，為了實現低 EMI 的解決方案，注定需在功率密度和效率上做出取捨。
為了免除取捨的需要並且一併獲得高功率密度、高效率以及低 EMI 的優勢，TI 在設計 LM25149-Q1、LM5156-Q1 和 LM62440-Q1 等切換轉換器和控制器時，加入了多種技術，如圖 5 所示。前述技術包含展頻、主動 EMI 濾波、抵銷線圈、封裝創新、整合式輸入旁路電容器及真實電壓轉換率控制方法等，且這些技術都經過設計，針對所需的特定頻帶量身打造；在上方連結的白皮書和其他資源區段所連結的相關教學影片中，對此提供了更深入的說明。
圖 5：TI 的功率轉換器和控制器為了大幅降低 EMI 而採用的技術
結論
設計低 EMI 可顯著縮短開發週期時間，並可減少機板面積和解決方案成本。TI 提供多種可降低 EMI 的功能與技術。以 TI 經過 EMI 最佳化的電源管理產品來運用不同技術組合，可確保使用 TI 元件的設計通過業界標準而無需過多重做。希望本資訊和相關內容能簡化您的設計程序，並且讓您能在不犧牲功率密度或效率的情況下，將終端設備維持在 EMI 限制內。
其它資源
• 如需 EMI 標準完整清單，請參閱以下白皮書：「電源供應器傳導式 EMI 規格概觀」與「電源供應器輻射式 EMI 規格概觀」。
關於德州儀器（TI）
德州儀器（納斯達克股票代碼：TXN）為位居世界領導地位的全球半導體公司，致力於設計、製造、測試以及銷售類比和嵌入式半導體晶片，為工業、汽車、個人電子、通訊設備和企業系統等市場服務。打造更美好的世界是我們的願景，為此，我們以半導體技術為基礎，致力於創造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的產品解決方案，使半導體更加普及地被應用於各式電子產品中。推動半導體技術持續更上一層樓，是我們數十年來始終如一的信念。更多詳情，敬請瀏覽TI.com。
