噪聲處理實例：降低BOOST輻射EMI
本節從一些實例出發，理論結合實際來進一步探討電源噪聲處理的方式選擇和效果評估。
01 Boost型DC-DC輻射EMI分析
圖1是典型的同步Boost電路，由輸入電容Cin，電感L，開關器件Q1、Q2以及輸出電容Cout組成，同時形成4個回路。
Loop2和Loop3為開關電流斷續回路，具有高di/dt和dv/dt，因此SW節點振鈴明顯。Loop1和Loop4雖然是存在反復充電放電，但卻是電流連續回路，電感電流連續，高頻噪聲主要來源于SW節點開關高頻噪聲的傳導，由于Q2電流斷續（Boost的特征），Cout的容值大小以及位置決定了Loop4中Vout節點高頻噪聲幅值。
圖1 BOOST開關回路分析
圖2為SW節點典型的開關波形（輸出僅放置Bulk電容），SW開關節點振鈴幅值高達10V，震蕩頻率為200MHz左右。
圖2 SW開關節點波形
圖3是對應于圖2的實際輻射EMI測試結果，采用3m方法，藍色為垂直方向，紅色為水平方向。測試結果顯示噪聲在頻域上的峰值在200MHz附近，與時域測試結果圖2吻合，因此抑制輻射EMI峰值意味著需要大幅度降低SW節點的振鈴幅值，以及振鈴周期數。
圖3 輻射EMI測量幅值（CE測試標準）
02 BOOST輸出電容選擇
如圖1所示，Boost的Cout選擇有幾個關鍵考慮點：
1、輸出紋波幅值；
2、系統穩定性需求；
3、SW節點的振鈴幅值；
4、輸出電容耐壓等級（陶瓷電容容值隨耐壓增加而衰減）。其中1、2、3、4與SW節點振鈴幅值，輻射EMI息息相關。
圖1中輸出回路3（包含Q2、Cout）是斷續回路，必須連接一個100nF-1uF去耦電容，該去耦電容對于降低SW振鈴幅值有著關鍵作用。
為了獲得低的輸出紋波，建議選擇低ESR陶瓷電容， 通常3~4顆22uF的X5R電容可以滿足大多數應用，更大的容值有利于輸出電壓動態響應。鑒于陶瓷電容隨著電壓增加，容值減小的特性，建議選擇電容耐壓時考慮留有足夠的裕量。例如輸出電壓12V，建議至少選擇20V或者25V耐壓電容以維持足夠有效的電容值。
根據輸出紋波幅值要求，可以利用如下公式計算最小需求電容值Cout。
其中Vripple_C是輸出紋波幅值，Vripple_ESR是輸出電容ESR導致的紋波，I_Lpeak是電感電流峰值，ESR是輸出電容的ESR。
03 Layout注意點
1、由于輸出回路是開關回路，高di/dt和dv/dt，減小回路面積至關重要，輸出回路去耦電容必須放置在離Vout、GND管腳最近的位置，從而降低SW振鈴幅值，如圖4紅色箭頭所示，利用NC管腳作為輸出功率地，從而更近一步降低輸出回路面積，Vout、NC管腳鋪銅盡量寬；
圖4 推薦Layout
2、由于SW的高頻振鈴同樣會耦合至輸入端，輸入Bulk電容需要盡量放置離電感、GND近的位置以減小輸入回路面積，輸入端去耦電容同樣需要離Vin端越近越好；
3、下層大面積鋪地，降低地回路阻抗，采用8mil的過孔連接上下大地，降低熱阻；
4、從系統穩定性考慮， AGND與PGND單端相連，通過散熱焊盤底部相連，（散熱焊盤同時也是功率地）。當Vout添加上去耦電容，并嚴格按照版圖注意事項布板，測試波形如下圖5所示，SW振鈴幅值降低到6V，同時震蕩明顯周期變少。
圖5 添加去耦電容和推薦Layout
04 SW開關節點噪聲吸收電路選擇
在SW開關節點添加對地的RC高頻噪聲吸收電路如圖6所示，可以直接降低SW節點振鈴幅值，該吸收電路通過降低dv/dt來降低SW節點振鈴幅值，因此該電路會犧牲小于1%的Boost效率。
圖6 采用SW節點振鈴吸收電路
SW高頻噪聲在200MHz附近，因此選擇Rs=2Ω，Cs=2nF，圖6為SW節點加上該吸收電路，測試結果為圖7所示，相比于圖2所示，SW幅值大幅降低（藍色=SW、綠色=Vin AC）。
圖7 添加SW振鈴吸收電路，測試波形
基于無系統級的EMI濾波器，圖8為添加SW節點RC吸收電路后輻射EMI測試結果，相較于圖3，EMI峰值下降了20dB。
圖8 輻射EMI測試結果（RC緩沖電路）
05 磁珠的選擇
在系統級應用中，如果需要進一步降低輻射EMI，貼片式磁珠是最簡單的選擇。關于磁珠的選擇，有下列幾個注意事項：
1、磁珠的頻率需要覆蓋高頻噪聲頻段，根據圖3，該磁珠需要在100MHz~300MHz頻段表現為高阻抗值;
2、磁珠的飽和電流需要30%高于實際工作的峰值電流;
3、磁珠的等效阻抗越低越好，有利于減少磁珠帶來的功耗。
