隨著技術(shù)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，電子及電氣產(chǎn)品在朝著尺寸更小、重量更輕的方向發(fā)展，同時也在進(jìn)入更多的市場，如自動化、汽車、儀器儀表、醫(yī)療等。電子器件面臨著功能要越來越強(qiáng)大、PCB尺寸要越來越小等挑戰(zhàn)，為了實現(xiàn)最佳設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計師需要在性能和功能方面反復(fù)權(quán)衡，而這可能會影響產(chǎn)品的設(shè)計、量產(chǎn)等進(jìn)度。如何在非常有限的空間內(nèi)增加所需的功能并且符合監(jiān)管要求(例如電磁干擾標(biāo)準(zhǔn))，就需要在集成電路層面進(jìn)行更多集成實現(xiàn)更為智能的封裝。
電磁干擾(EMI)測試是產(chǎn)品在上市之前必須做的一項測試，因為在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，任何電子及電氣產(chǎn)品除了本身能夠承受一定的外來電磁干擾而保持正常工作外，還應(yīng)該不會對其他電子及電氣設(shè)備產(chǎn)生不可承受的電磁干擾。所以越來越多的產(chǎn)品必須通過EMI標(biāo)準(zhǔn)，制造商才可獲得產(chǎn)品的商業(yè)銷售資質(zhì)認(rèn)證。
然而，據(jù)報道超過50%的產(chǎn)品設(shè)計沒法一次通過EMI測試，所以產(chǎn)品一定要在設(shè)計階段即充分考慮EMI問題。因此，在基于隔離的電路設(shè)計中，一個重要步驟是跨越隔離柵供電和傳輸數(shù)據(jù)。常規(guī)的DC-DC轉(zhuǎn)換器可能有效，但通常存在折衷。這些方法可能包括使用分立電路和變壓器來傳輸功率，變壓器通常體積龐大，需要許多外部組件，會占用寶貴的PCB空間，在要求電子元件越來越小的時代，這一點并不適用。現(xiàn)在，更高效、更有性價比的解決方案是在電路上集成變壓器，采用尺寸更小的芯片級封裝。ADI公司大約10年前發(fā)明了isoPower，可以使用小型解決方案跨越隔離柵傳輸功率，下圖顯示的是這種器件的功能框圖。該芯片封裝中還集成了4個隔離通道，用于高速數(shù)據(jù)傳輸。這是一種優(yōu)化的解決方案，無需設(shè)計電源，在減小尺寸的同時還包含了EISA隔離的DC-DC轉(zhuǎn)換器，并提供芯片級封裝，大大提高了受限系統(tǒng)的供電能力。
交疊拼接電容用于多層PCB，2層電源加上2層信號
電路上集成的器件越多，意味著輻射發(fā)射量也越多。在PCB層面減少輻射發(fā)射的一種常見方法是通過共模電流從副邊到原邊形成一條低阻抗路徑，從而降低輻射發(fā)射水平。這可以通過在原邊和副邊之間使用拼接電容來實現(xiàn)，但是分立電容價格昂貴、體積龐大且會占用寶貴的PCB面積，尤其是在可能堆疊多個組件隔離柵處，而且這種方法通常只有在較低的頻率下才能發(fā)揮優(yōu)勢。另一個解決方案是嵌入式拼接電容，通常需要4層PCB，這類電容所形成的并聯(lián)電容的電感極低，在極大頻率范圍內(nèi)(超過1 G)有效，但由于PCB要求4層或更多層，大幅增加了設(shè)計的復(fù)雜性和成本。所以使用拼接電容代替分立電容或嵌入式電容，并不能有效解決輻射發(fā)射量的問題。
理想的解決方法是不使用拼接電容，降低成本和PCB設(shè)計的復(fù)雜性，這就需要組件級別上的解決方案，不需要使用復(fù)雜、昂貴的外部組件，就可以避免產(chǎn)生高輻射。ADI出品的支持隔離數(shù)據(jù)的新一代isoPower解決方案ADuM6421A，采用了創(chuàng)新的技術(shù)，即使不使用拼接電容，也可以避免在兩層上產(chǎn)生大量輻射。為減少輻射發(fā)射，該器件具有出色的線圈對稱性和線圈驅(qū)動電路，可以大幅降低跨隔離柵的共模電流傳輸，從而減少導(dǎo)致輻射的因素，特別是通過頻譜技術(shù)減少特定頻率下的噪聲密度，使輻射能分散在更寬的頻帶上。
ADuM6421A集成帶數(shù)據(jù)隔離的DC-DC電源轉(zhuǎn)換器，其尺寸小、輻射發(fā)射性能優(yōu)異，是一種性價比高且復(fù)雜程度低的解決方案，有助于達(dá)到輻射發(fā)射規(guī)定。對于2層PCB板，其隔離功率為500 mW，即使在此負(fù)載下，也可以較大的裕量達(dá)到CISPR 32 B類要求。該產(chǎn)品采用28引腳細(xì)間距封裝，最小爬電距離為8.3 mm，請注意，其占用空間與16引腳寬體SOIC封裝相同。因此，即使這種封裝間距很小，占用的空間仍然相同。另外，ADuM6421有四個高速數(shù)據(jù)通道，具有很好的電氣噪聲和電磁干擾抑制能力。
下圖顯示了使用ADuM6421A可以節(jié)省的電路板占用面積和成本。如前所述，芯片級甚至分立式DC-DC轉(zhuǎn)換器通常需要拼接電容才能達(dá)到CISPR 32 B類的要求;嵌入式拼接電容通常能比分立電容提供更好的性能，但是PCB必須至少要求四層。ADuM6421A可以解決上述所有這些問題，它支持兩層PCB，能在500 mW負(fù)載條件下，達(dá)到CISPR 32的要求，相比四層解決方案，使用ADuM6421A最多可以節(jié)省70%的PCB占用面積，并且使用兩層PCB，還能節(jié)省30%的成本。
ADuM6421A的優(yōu)點：簡單、小尺寸的2層PCB
總結(jié)
電源產(chǎn)品中的EMI一直是一個挑戰(zhàn)，采用isoPower®芯片級變壓器技術(shù)的集成隔離電源改變了隔離系統(tǒng)的設(shè)計，該技術(shù)簡化了構(gòu)建和驗證獨立隔離電源的過程，減小了電路板尺寸，并且無需使用多個分立器件，就可實現(xiàn)低EMI設(shè)計。尤其這款帶隔離數(shù)據(jù)的新一代isoPower解決方案ADuM6421A，具有輻射發(fā)射低、封裝尺寸小和工作溫度高等特性，可滿足安全至關(guān)重要的應(yīng)用需求，以及漏電流要求苛刻、緊湊和密集型設(shè)計的需求，使用該器件，無需高成本的EMI抑制技術(shù)，就可為新項目降低認(rèn)證新應(yīng)用的難度。
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