2.5 利用双随机扩频提高 EMI 性能

[嗖嗖声]

[唰唰声]

大家好，欢迎参加 TI 的低 EMI 系列培训。

我是 Sam Jaffe，在本视频中，

我们将讨论高级展频特性，

称为双随机展频。

首先，我们来谈一谈展频、

我们需要它的原因，以及它的工作原理。

开关稳压器类似于降压稳压器，

将会在其开关频率

以及该频率的谐波下产生 EMI。

我们可以看到红色的开关波形，

也可以看到每个开关的周期。

右上角的低频传导 EMI 波形

显示了 EMI 图上相应的 EMI 辐射。

红线代表典型 EMI 测试的

限制线。

如果蓝线超过红线，表明您未通过测试。

我们可以看到，右下角高频传导

EMI 图上的谐波较高，

超过了 FM 频带的限制，大约为 100 兆赫兹。

展频通过抖动开关频率

来传播这些能量。

我们不是以谐波良好对齐的

恒定频率开关为中心，而是以原始频率为中心，

在多个频率下开关，

以使基频衰减，

并将谐波能量混合成平滑、平均的

波形。

这为我们提供了更大的裕度，有助于我们通过 EMI 测试，

甚至可以帮助减小 EMI 滤波器的

必要尺寸和成本。

那么，我们如何在降压转换器 IC 中实现此结果呢？

两种最常见的抖动为

三角调制和假随机调制。

三角调制使开关频率

呈三角形上下抖动，

而假随机调制则是在每个开关周期中

随机抖动频率。

三角调制可以很出色地

以基频均匀地传播能量。

当我们需要保持在一定的限制之下时，

这可以在低频下为我们提供更大的裕度。

这样，我们便可减小EMI 滤波器的尺寸并降低成本。

假随机调制根据实施情况，

可能不会像三角

调制一样使基频均匀地衰减。

我们可以看到，它的尖峰略多，

因此不允许我们像三角调制那样

减小滤波器的尺寸并降低成本。

不过，在较高的频率下，假随机调制通常

表现更好。

较高频率的 EMI扫描在测量每数据点

EMI 上花费的时间更少，这意味着

它的测量时长可能不足以捕捉

整个三角斜升或斜降。

这实际上会减少传播，

进而降低调制效果。

另一方面，假随机调制

能够更快地在频率之间跳转，

从而在高频扫描中保持其调制

传播。

三角调制的另一个缺点是，

在极低频率下处于可闻频带内。

大多数三角调制方案的

三角调制频率

介于 4 千赫兹至 15 千赫兹之间，

恰好处于声频区内。

此调制以输出和输入上的噪声形式出现，

当噪声耦合到附近音频电路中，

甚至是 PCB 上会在该频率附近产生

谐振的陶瓷电容器时，就可能

会在该频率下制造可闻音。

另一方面，假随机调制

不存在此声音问题。

虽然仍有噪声，但会散射，听上去

就像白噪声，与高音调声音相比，

非常不明显。

那么，我们如何创造一种更好的方法，

同时利用两种方案的优点呢？

我们的优化方案称为双随机展频，

很快您就会了解原因。

首先，我们从三角调制开始。

为了解决三角频率下的

可闻音问题，我们会随机抖动三角

频率。

这会使传播的该声音

更像是白噪声。

接下来，为了解决次优高频性能问题，

我们在调制基础上加入了假随机。

这是 DRSS 的基础，可以在基频、较高频率和

可闻频带中实现出色的

性能。

我们还有一个巧妙的设计，能让这个方案与其他方案

区别开来。

我们除了将可闻音扩散成白噪声，

还更进一步主动降低这种噪声。

为了便于理解，我们首先说明

这种噪声的来源。

随着开关频率的上升和下降，

电感器的电流纹波振幅也会上升和下降。

在峰值或低谷电流控制的器件中，

电流命令将无法完全补偿

峰峰纹波中的这种变化。

这个动画夸张地表现了该问题，

始终将峰值电流命令固定到位。

我们可以看到频率的变化

导致电感器纹波振幅发生变化，从而导致

输出电流的变化。

这种纹波输出电流会产生纹波输出

电压，后者可与其他电路耦合，

导致这一可闻噪声问题。

我们还会看到来自电感器纹波调制的

RMS 电流变化导致的输入纹波

以及与峰值电流命令之间的互动

产生的纹波输出电流。

为了解决这些问题，我们可以抢先

随着频率缩放峰值电流命令

以消除输出电流纹波，

继而消除输出电压纹波和大多数

输入纹波。

当频率上升时，电感器纹波振幅

减小。

峰值电流命令下降，

输出电流和电压保持恒定。

当频率下降时，电感器纹波振幅

增加，峰值电流命令上升，

同样，输出电流和电压保持恒定。

双随机展频可实现出色的 EMI

性能。

它利用三角调制出色的

基频衰减性能，

并利用了假随机调制的

卓越高频性能。

此外，它还主动传播和减少

超低频率可闻频带中的

输入和输出噪声。

这使得电力设计师可以完全放心，

他们知道不必再权衡每种调制方案的

优点和缺点。

他们可以直接挑选采用 DRSS 的器件，

并把节省的时间用在设计的

其他方面。

本视频讨论了展频、

常见技术和双随机展频

在降压转换器中实现优异展频

性能的优势。

请观看我们其他有关集成电容器、

HotRod 封装等技术的低 EMI 视频。

谢谢观看。

[嗖嗖声]

[唰唰声]

大家好，欢迎参加 TI 的低 EMI 系列培训。

我是 Sam Jaffe，在本视频中，

我们将讨论高级展频特性，

称为双随机展频。

首先，我们来谈一谈展频、

我们需要它的原因，以及它的工作原理。

开关稳压器类似于降压稳压器，

将会在其开关频率

以及该频率的谐波下产生 EMI。

我们可以看到红色的开关波形，

也可以看到每个开关的周期。

右上角的低频传导 EMI 波形

显示了 EMI 图上相应的 EMI 辐射。

红线代表典型 EMI 测试的

限制线。

如果蓝线超过红线，表明您未通过测试。

我们可以看到，右下角高频传导

EMI 图上的谐波较高，

超过了 FM 频带的限制，大约为 100 兆赫兹。

展频通过抖动开关频率

来传播这些能量。

我们不是以谐波良好对齐的

恒定频率开关为中心，而是以原始频率为中心，

在多个频率下开关，

以使基频衰减，

并将谐波能量混合成平滑、平均的

波形。

这为我们提供了更大的裕度，有助于我们通过 EMI 测试，

甚至可以帮助减小 EMI 滤波器的

必要尺寸和成本。

那么，我们如何在降压转换器 IC 中实现此结果呢？

两种最常见的抖动为

三角调制和假随机调制。

三角调制使开关频率

呈三角形上下抖动，

而假随机调制则是在每个开关周期中

随机抖动频率。

三角调制可以很出色地

以基频均匀地传播能量。

当我们需要保持在一定的限制之下时，

这可以在低频下为我们提供更大的裕度。

这样，我们便可减小EMI 滤波器的尺寸并降低成本。

假随机调制根据实施情况，

可能不会像三角

调制一样使基频均匀地衰减。

我们可以看到，它的尖峰略多，

因此不允许我们像三角调制那样

减小滤波器的尺寸并降低成本。

不过，在较高的频率下，假随机调制通常

表现更好。

较高频率的 EMI扫描在测量每数据点

EMI 上花费的时间更少，这意味着

它的测量时长可能不足以捕捉

整个三角斜升或斜降。

这实际上会减少传播，

进而降低调制效果。

另一方面，假随机调制

能够更快地在频率之间跳转，

从而在高频扫描中保持其调制

传播。

三角调制的另一个缺点是，

在极低频率下处于可闻频带内。

大多数三角调制方案的

三角调制频率

介于 4 千赫兹至 15 千赫兹之间，

恰好处于声频区内。

此调制以输出和输入上的噪声形式出现，

当噪声耦合到附近音频电路中，

甚至是 PCB 上会在该频率附近产生

谐振的陶瓷电容器时，就可能

会在该频率下制造可闻音。

另一方面，假随机调制

不存在此声音问题。

虽然仍有噪声，但会散射，听上去

就像白噪声，与高音调声音相比，

非常不明显。

那么，我们如何创造一种更好的方法，

同时利用两种方案的优点呢？

我们的优化方案称为双随机展频，

很快您就会了解原因。

首先，我们从三角调制开始。

为了解决三角频率下的

可闻音问题，我们会随机抖动三角

频率。

这会使传播的该声音

更像是白噪声。

接下来，为了解决次优高频性能问题，

我们在调制基础上加入了假随机。

这是 DRSS 的基础，可以在基频、较高频率和

可闻频带中实现出色的

性能。

我们还有一个巧妙的设计，能让这个方案与其他方案

区别开来。

我们除了将可闻音扩散成白噪声，

还更进一步主动降低这种噪声。

为了便于理解，我们首先说明

这种噪声的来源。

随着开关频率的上升和下降，

电感器的电流纹波振幅也会上升和下降。

在峰值或低谷电流控制的器件中，

电流命令将无法完全补偿

峰峰纹波中的这种变化。

这个动画夸张地表现了该问题，

始终将峰值电流命令固定到位。

我们可以看到频率的变化

导致电感器纹波振幅发生变化，从而导致

输出电流的变化。

这种纹波输出电流会产生纹波输出

电压，后者可与其他电路耦合，

导致这一可闻噪声问题。

我们还会看到来自电感器纹波调制的

RMS 电流变化导致的输入纹波

以及与峰值电流命令之间的互动

产生的纹波输出电流。

为了解决这些问题，我们可以抢先

随着频率缩放峰值电流命令

以消除输出电流纹波，

继而消除输出电压纹波和大多数

输入纹波。

当频率上升时，电感器纹波振幅

减小。

峰值电流命令下降，

输出电流和电压保持恒定。

当频率下降时，电感器纹波振幅

增加，峰值电流命令上升，

同样，输出电流和电压保持恒定。

双随机展频可实现出色的 EMI

性能。

它利用三角调制出色的

基频衰减性能，

并利用了假随机调制的

卓越高频性能。

此外，它还主动传播和减少

超低频率可闻频带中的

输入和输出噪声。

这使得电力设计师可以完全放心，

他们知道不必再权衡每种调制方案的

优点和缺点。

他们可以直接挑选采用 DRSS 的器件，

并把节省的时间用在设计的

其他方面。

本视频讨论了展频、

常见技术和双随机展频

在降压转换器中实现优异展频

性能的优势。

请观看我们其他有关集成电容器、

HotRod 封装等技术的低 EMI 视频。

谢谢观看。