借助隔离式放大器实现出色的辐射发射 EMI 性能
1 借助隔离式放大器实现出色的辐射发射 EMI 性能
一些工业和汽车应用需要进行某种类型的隔离，以保护数字电路不受提供某种功能的高压电路的影响。德州仪器 (TI) 拥有品类齐全的隔离放大器和数据转换器产品系列，这些产品具有电容隔离层，能够帮助客户满足其隔离数据的转换需求。德州仪器 (TI) 的电容隔离层具有出色的可靠性，通常可运行 100 年以上。更多有关 TI 电容隔离层的信息，请参阅隔离网站。
辐射发射测试在这些应用中很常见，用以验证系统不会产生超过规定水平的辐射发射，而超过规定水平的辐射发射可能会对系统中的其他元件或电路产生不良影响。请参阅此了解数字隔离器中的电磁合规性测试 营销白皮书，更深入地了解 EMI。可接受的辐射量和辐射发射测试程序由国际无线电干扰特别委员会（又称为 CISPR）制定。工业应用根据 CISPR 11 标准进行测量，而汽车应用则根据 CISPR 25 标准进行测量。更多有关 CISPR 标准及其各自频率范围的信息，请参阅此电源的传导 EMI 规格概述 营销白皮书。
本文档介绍了德州仪器 (TI) 隔离式放大器（包括 AMC1300B-Q1、AMC1300、AMC1302 和 AMC1311）的辐射发射电磁干扰 (EMI) 性能，以及前几代隔离式放大器的辐射发射性能。
有关 AMC3301 系列的辐射发射 EMI 指南，请参阅衰减 AMC3301 系列辐射发射 EMI 的优秀实践 应用手册。
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1 引言
在具有电容隔离栅的隔离式放大器中，当跨隔离栅的电容器充电和放电以传输 1 或 0 形式的数据时，会产生辐射发射。电荷沿相反方向流经差分电容器，大部分相互抵消，但是这些电荷流在幅度或时间上的任何差异都会导致电磁能注入隔离地 GND1 和 GND2 之间。由于隔离栅的性质，能量无法找到导体来返回发射源。由于没有返回源的路径，因此能量以辐射发射的形式从器件引脚（以及它们连接到的任何布线或 PCB 平面）进行辐射。这种辐射可以扩展到远高于放大器信号带宽和数据速率的频率，因为它是由皮秒级时序失配引起。
图 1-1 隔离式放大器方框图近年来，为了优化辐射 EMI 性能，德州仪器 (TI) 对隔离式放大器架构进行了重大改进。从 2018 年推出 ISO224 开始，与之前使用的脉冲编码相比，德州仪器 (TI) 的隔离式放大器开始使用开关键控 (OOK) 信号调制。OOK 调制显著提高了共模瞬态抗扰度水平。然后，TI 在 2020 年率先推出了 AMC1300B-Q1 隔离式放大器，这款放大器能够显著减少穿过隔离栅的能量，从而减少辐射发射，满足瞬态规格并具有足够的裕度。这些设计变更以及重新设计的隔离式信号路径现已应用于除 AMC1100、AMC1200 和 ISO224 器件之外的所有德州仪器 (TI) 隔离式放大器产品系列中。信号链中经过优化的时序和振幅可将高频下的辐射发射 EMI 降至更低水平。
以下各节介绍了德州仪器 (TI) 隔离式放大器的辐射发射 EMI 性能。以 AMC1300B-Q1 为例展示了当前一代隔离式放大器的辐射发射性能，而以 ISO224 和 AMC1200 为例展示了上一代器件的数据。辐射发射扫描均按照 CISPR 11 规定的标准执行。所有测试均使用 AMC1300EVM 印刷电路板 (PCB) 执行，其中输入端短接至地，变压器驱动器 (U3) 已移除，并且外部 3.6V 电池具有短引线。每次扫描以蓝色显示受测器件 (DUT) 的水平扫描结果，以红色显示覆盖的环境扫描结果，从而显示暗室的本底噪声。图中还显示了 CISPR 11 A 类和 B 类限制。之所以选择水平极化，是因为相比垂直极化，由于与 PCB 对齐，测试设备天线检测到的发射水平较高。