作者：Kevin Scott and Greg Zimmer

電磁輻射 （EMR）、電磁干擾 （EMI） 和電磁合規性 （EMC） 是與帶電粒子的能量以及可能干擾電路性能和信號傳輸的相關磁場相關的術語。隨著無線通信的普及，通信設備的過多，以及越來越多的通信方法（包括蜂窩，WiFi，衛星，GPS等）使用越來越多的頻譜（某些頻段重疊），電磁干擾已成為現實。為了減輕這種影響，許多政府機構和監管機構對通信設備、設備和儀器可以發出的輻射量設定了限制。這種規范的一個例子，CISPR 16-1-3，涉及無線電干擾和抗擾度測量裝置和測量方法。

電磁干擾可以表征為傳導（通過電源傳輸）或輻射（通過空氣傳輸）。開關電源會產生這兩種類型。凌力爾特為減少傳導和輻射干擾而實施的一項技術是擴頻頻率調制 （SSFM）。這種技術用于我們的幾種基于電感和電容器的開關電源、硅振蕩器和LED驅動器，以將噪聲傳播到更寬的頻段，從而降低特定頻率下的峰值和平均噪聲。

SSFM通過不允許發射的能量在任何一個接收器頻段停留相當長的時間來改善EMI。有效SSFM的關鍵決定因素是擴頻量和調制速率。對于開關穩壓器應用，通常±10%的擴展，最佳調制速率由調制曲線決定。SSFM使用各種頻率擴展方法，例如用正弦波或三角波調制時鐘頻率。

調制方式

大多數開關穩壓器的紋波與頻率有關;在較低的開關頻率下紋波更大，在較高的開關頻率下紋波更少。因此，如果開關時鐘經過頻率調制，開關穩壓器的紋波將表現出幅度調制。如果時鐘的調制信號是周期性的，例如正弦波或三角波，則在調制頻率處將存在周期性紋波調制和獨特的頻譜分量（圖 1）。

圖1.時鐘正弦頻率調制引起的開關穩壓器紋波圖示

由于調制頻率遠低于開關穩壓器的時鐘，因此可能難以濾除。這可能會導致問題，例如可聽見音或可見的顯示偽影，這是由于電源噪聲耦合或下游電路中的電源抑制受限所致。偽隨機頻率調制可以避免這種周期性紋波。通過偽隨機頻率調制，時鐘以偽隨機方式從一個頻率移動到另一個頻率。由于開關穩壓器的輸出紋波由類似噪聲的信號進行幅度調制，因此輸出看起來好像沒有調制，下游系統的影響可以忽略不計。

調制量

隨著SSFM頻率范圍的增加，帶內時間的百分比會降低。在下面的圖2中，請注意，與單個未調制窄帶信號相比，調制頻率顯示為峰值低20dB的寬帶信號。如果發射信號不經常且短時間（相對于其響應時間）進入接收器頻段，則EMI會顯著降低。例如，±10%的頻率調制在降低EMI方面比±2%的頻率調制更有效1.然而，開關穩壓器可以容忍的頻率范圍有限。作為一般規則，大多數開關穩壓器可以輕松承受±10%的頻率變化。

圖2.擴頻調制產生更寬的時鐘頻段和更低的峰值能量

調制速率

與調制量類似，隨著頻率調制速率（跳頻速率）的增加，給定接收器的EMI“帶內”時間將減少，EMI將降低。但是，切換器可以跟蹤的頻率變化率（dF/dt）是有限制的。解決方案是找到不影響開關穩壓器輸出調節的最高調制速率。

測量電磁干擾

測量EMI的典型方法稱為峰值檢測、準峰值檢測或平均檢測。對于這些測試，測試設備的帶寬被適當地設置以反映感興趣的真實世界帶寬，并確定SSFM的有效性。當頻率調制時，當發射掃過檢測器的頻帶時，檢測器會做出響應。當檢波器的帶寬與調制速率相比較小時，檢波器的有限響應時間會導致EMI測量衰減。相比之下，檢波器的響應時間不會影響固定頻率發射，也不會觀察到EMI衰減。峰值檢測測試顯示，SSFM的改進直接對應于衰減量。準峰值檢測測試可以顯示進一步的EMI改善，因為它包括占空比的影響。具體來說，固定頻率發射產生100%的占空比，而SSFM的占空比根據發射在探測器帶內的時間量而降低。最后，平均檢測測試可以顯示出最顯著的EMI改善，因為它以低通濾除峰值檢測信號，從而產生帶內能量的平均值。與平均能量和峰值能量相等的固定頻率發射不同，SSFM會衰減峰值檢測能量和帶內時間量，從而降低平均檢測結果。許多監管測試要求系統通過準峰值和平均檢測測試。

SSFM 和接收器帶寬

無論是否啟用SSFM，開關穩壓器的峰值輻射在任何時刻都可能看起來相同。怎么可能？SSFM的有效性部分取決于接收器的帶寬。接收發射的“瞬時快照”需要無限帶寬。每個實際系統的帶寬都是有限的。如果時鐘頻率的變化快于接收器的帶寬，則接收干擾的減少將是顯著的。

圖3.開關穩壓器輸出頻譜 （9kHz 分辨率帶寬） 采用 LTC6908 啟用和不啟用 SSFM。

硅振蕩器中的 SSFM

LTC?6909、LTC6902 和 LTC6908 是具有擴頻調制功能的 8 路、4 路和 2 路輸出、多相硅振蕩器。 這些器件通常用于為開關電源提供時鐘。多相操作可有效提高系統開關頻率（因為相位表現為開關頻率的增加），擴頻調制使每個器件在一定頻率范圍內切換，從而將傳導EMI分布到更寬的頻帶上。LTC6908 具有一個 5kHz 至 10MHz 的頻率范圍，提供了兩個輸出，并提供兩種版本;LTC6908-1 具有兩個輸出，它們之間具有 180° 相移，而 LTC6908-2 具有兩個輸出，它們之間具有一個 90° 的相移。前者非常適合同步兩個單開關穩壓器，后者非常適合同步兩個雙路兩相開關穩壓器。四通道 LTC6902 具有一個 5kHz 至 20MHz 的頻率范圍，并可針對等間距的 2 相、3 相或 4 相進行編程。LTC6909 具有一個 12kHz 至 6.67MHz 的頻率范圍，并可針對多達 8 相進行編程。

為了解決上述周期性紋波，這些硅振蕩器使用偽隨機頻率調制。使用這種技術，開關穩壓器時鐘以偽隨機方式從一個頻率轉移到另一個頻率2.頻移速率或跳頻率越高，開關穩壓器在給定頻率下工作的時間就越短，EMI在給定接收器間隔內“帶內”的時間就越短。

但是，跳頻速率是有限制的。如果跳頻速率超出開關穩壓器帶寬，則時鐘頻率轉換沿可能會出現輸出尖峰。開關穩壓器帶寬越低，尖峰越明顯。因此，LTC6908 和 LTC6909 包括一個專有的跟蹤濾波器，用于平滑從一個頻率到下一個頻率的轉換 （LTC6902 使用一個內部 25kHz 低通濾波器）。內部濾波器跟蹤跳頻速率，為所有頻率和調制速率提供最佳平滑。

圖4.偽隨機調制說明了 LTC6908 / LTC6909 內部漏電起痕濾波器的影響

這種濾波調制信號對于許多邏輯系統來說可能是可以接受的，但必須仔細考慮周期間抖動問題。即使使用跟蹤濾波器，給定穩壓器的帶寬可能仍不足以實現高頻率調制。對于帶寬限制，LTC6908 / LTC6909 跳頻速率可從標稱頻率的 1/16 的默認速率降低到標稱頻率的 1/32 或 1/64 速率。

電源中的 SSFM

開關穩壓器按周期工作，將功率傳輸到輸出端。在大多數情況下，工作頻率要么是固定的，要么是基于輸出負載的恒定頻率。這種轉換方法在工作頻率（基波）和工作頻率（諧波）的倍數處產生較大的噪聲分量。

LTM4608A 8A、2.7V 至 5.5V在帶 SSFM 的直流/直流 μModule 降壓穩壓器

為了降低開關噪聲，LTM4608A 能夠采用通過將 CLKIN 引腳連接至 SV 而啟用的擴頻工作在（低功耗電路電源電壓引腳）。在擴頻模式下，LTM4608A 的內部振蕩器設計用于產生一個時鐘脈沖，該時鐘脈沖的周期在逐周期的基礎上是隨機的，但固定在標稱頻率的 70% 至 130% 之間。這樣做的好處是將開關噪聲分散到一定頻率范圍內，從而顯著降低峰值噪聲。如果 CLKIN 接地或由外部頻率同步信號驅動，則禁用擴頻操作。圖5所示為啟用擴頻操作的工作電路。必須在PLLLPF引腳至地放置一個0.01μF的電容值，以控制擴頻頻率變化的壓擺率。分量值由公式 R 確定鍶≥ 1 / ?（ln（1? 0.592/V在）*500*C鍶).

圖5.LTM4608A 具有擴頻啟用功能

LT8609 具 SSFM 的 42V 輸入、2A 同步降壓型轉換器

LT8609 是一款微功率、降壓型轉換器，可在高開關頻率 （2MHz 時為 93%） 下保持高效率，因而允許更小的外部組件。SSFM模式的工作方式類似于脈沖跳躍模式操作，關鍵區別在于開關頻率由3 kHz三角波上下調制。調制范圍在低端由開關頻率設置（而開關頻率又由RT引腳上的電阻設置），在高端由比RT設置的頻率高約20%的值設置。要啟用擴頻模式，請將 SYNC 引腳連接到 INTVCC 或將其驅動至 3.2V 至 5V 之間的電壓。

LTC3251 / LTC3252 充電泵降壓型穩壓器 具 SSFM

LTC?3251 / LTC3252 是 2.7V 至 5.5V、單通道 500mA / 雙通道 250mA 基于電荷泵的降壓型穩壓器，可產生一個時鐘脈沖，其周期在逐周期的基礎上是隨機的，但固定在 1MHz 和 1.6MHz 之間。圖 6 和圖 7 顯示了與傳統降壓型轉換器相比，LTC3251 的擴頻特性如何顯著降低峰值諧波噪聲，并幾乎消除了諧波。擴頻操作可由 LTC3251 選擇，但始終由 LTC3252 使能。

圖6.LTC3251 在禁用 SSFM 的情況下

圖7.LTC3251 啟用了 SSFM 功能

LED 驅動器中的 SSFM

LT3795 具 SSFM 的 110V 多拓撲 LED 控制器

開關穩壓器LED驅動器對于涉及EMI的汽車和顯示器照明應用也可能很麻煩。為了改善 EMI 性能，LT3795 110V 多拓撲 LED 驅動器控制器包括 SSFM。如果RAMP引腳上有一個電容，則會產生一個在1V和2V之間掃描的三角波。然后將該信號饋入內部振蕩器，以在基頻的70%和基頻之間調制開關頻率，基頻由時鐘頻率設置電阻RT設置。調制頻率由公式 12μA/（2 ? 1V ? C 設定坡道).圖8和圖9顯示了傳統升壓開關轉換器電路（RAMP引腳連接到GND）與擴頻調制升壓開關轉換器（RAMP引腳為6.8nF）之間的噪聲頻譜比較。圖8顯示了平均傳導EMI，圖9顯示了峰值傳導EMI。EMI測量結果對電容選擇的RAMP頻率很敏感。1kHz是優化峰值測量的良好起點，但可能需要對該值進行一些微調，以便在特定系統中獲得最佳的整體EMI結果。

圖8.LT3795 平均傳導 EMI

圖9.LT3795 峰值傳導 EMI

LT3952 多拓撲 42V在， 60V/4A LED 驅動器，帶 SSFM

LT?3952 是一款 60V/4A 電源開關、恒定電流、恒定電壓多拓撲 LED 驅動器，具有可選的 SSFM。振蕩器頻率以偽隨機方式從標稱頻率（f西 南部） 以 1% 的步長高于標稱值 31%。這種單向調整使得 LT3952 只需對略高于該頻帶的標稱頻率進行編程，即可避開系統中的敏感頻帶 （例如 AM 無線電頻譜）。比例步長允許用戶輕松確定其指定EMI測試箱大小的時鐘頻率值（RT引腳），偽隨機方法根據頻率變化本身提供音調抑制。

偽隨機值與振蕩器頻率成比例更新，速率為 f西 南部/32.該速率允許在標準EMI測試停留時間內多次通過整組頻率。

圖10.LT3952 平均傳導 EMI

凌力爾特還有許多其他產品，可以有效地使用設計技術來降低EMI。如前所述，使用 SSFM 是一種技術。其他方法包括減慢快速內部時鐘邊沿和內部濾波。另一項新技術是使用我們的靜音切換器完成的?技術，利用布局有效降低EMI。LT?8640 是一款獨特的 42V 輸入、微功率、同步降壓型開關穩壓器，它結合了靜音開關技術和 SSFM 以降低 EMI。因此，下次 EMI 在您的設計中出現問題時，請務必尋找我們的低 EMI 產品，讓您更容易符合 EMI 標準。

審核編輯：郭婷