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通过阻抗平衡降低电源中的 CM 噪声
通过阻抗平衡降低电源中的 CM 噪声
在紧凑空间中运行的简单开关稳压器电路（例如在小型 PCB 上）通常可以部署在嘈杂的环境中，而不会在输出功率电平上叠加明显的噪声。只要您正确布置电路板，您可能只需要一个简单的滤波器电路来消除输入和输出上的 EMI。随着稳压器在物理上和电气上变得更大，噪声问题会变得更加明显，即 PCB 布局中的辐射 EMI 和传导 EMI。
共模传导电流是具有多个接地的 DC-DC 转换器中的一个典型问题，它是由电容耦合引起的。标准方法是对输出使用滤波，例如使用共模扼流圈，以处理到达输出节点的传导共节点噪声。但是，这并不能抑制共模电流环路中存在的辐射 EMI，因此您只能选择屏蔽。如果您可以在不需要屏蔽的情况下抑制这两种类型的噪声会怎样？
在这些类型的开关转换器中，您可以使用阻抗平衡方法来抑制电源输出节点处的共模噪声。这遵循一个简单的想法，其中系统接地用作定义电源输出节点阻抗的全局参考。让我们看看它是如何工作的，以及您应该在设计中通过仿真研究什么。
什么是阻抗平衡？
阻抗平衡使用 3 导体配置（2 个信号，1 个 GND）通过放大器收集差分电压测量值。该技术用于 XLR 音频电缆，以确保差分接收器可以完全消除可能通过电缆传导的共模噪声。尽管这是在传感器而不是音频或电源的背景下完成的。
中心思想是将两条信号线的阻抗设置为相等，这将确保电缆的每个单端侧在接收器处看到相同的输入阻抗，并在差分接收器处确保共模噪声抑制。
阻抗平衡不需要 V1 = -V2。
仔细想想，这个系统中信号线和地的排列与PCB上的差分对没有什么不同。在差分对中，每条走线的单端阻抗都定义为相对于差分对的参考平面（在本例中为接地平面）。阻抗平衡和差分信号之间的唯一区别是，在阻抗平衡互连中，我们不需要为 V1 和 V2 提供相等和相反的信号；它们理论上可以是任何值。然后接收器测量每对相对于参考平面的电压。
开关转换器中的阻抗平衡
开关转换器中的共模噪声是由于电容耦合回最近的参考平面而产生的，该参考平面通常是机箱 GND，或者它可能是另一个大导体，它是系统 GND 或外壳屏蔽的一部分。在提供高电流的物理大电源布局中，这可能是非常有问题的。寄生电容 Cp（见下文）可能非常大，在开关转换器电路中的高 dI/dt 开关事件期间提供非常低的阻抗。
从电源输出节点返回输入节点的共模电流路径。
从这里，我们可以看到紫色箭头描绘了一个大电流回路。即使我们使用共模扼流圈去除负载处的传导电流，共模电流回路也会产生强烈的辐射。这也可能发生在使用带有变压器的电流隔离的开关转换器拓扑中，例如LLC 谐振转换器。
以下升压转换器电路中的一种解决方案是在电感器周围放置电容器回到底盘接地，但在 POS_OUT 和 NEG_OUT 端子之前。在这里，负电源轨在源 V1 处连接回系统接地，这可以促进负电源轨和系统其余部分之间的共模噪声路径。电容器 C1/C2 和电感器 L2 的添加为共模噪声流入 MOSFET 的路径创建了一个桥接电路：
通过有意使用电容器将高轨和低轨回接地，您将在模拟桥式电路的布局中设置两个反向传播的电流。当以下阻抗条件成立时，产生的共模噪声将被消除：
创建 PCB 布局后，应确保在 MOSFET 的高侧和低侧实现对称布线。这很重要，因为它会建立反向传播的电流回路，从而产生反平行磁场。路由的任何不属于共模噪声消除的部分都将具有差模辐射发射，其明显弱于共模电流的发射。
用寄生参数模拟阻抗平衡
在上面的电路中，重要的是要记住所有组件都有一些寄生和自谐振，这意味着上面的阻抗关系仅适用于特定频率。如果您使用具有更高自谐振频率的组件，您可以消除高达更高频率的共模噪声。请务必模拟此滤波器电路的传递函数，以查看此系统中噪声抑制的限制。