辐射EMI优化策略：提升电子产品电磁兼容性

在设计新的电子产品时，你是否遇到过这样的情况：产品在某些频段下会对周围的设备产生干扰，甚至在EMC测试中未能通过？这很可能就是由于辐射EMI（电磁干扰）导致的。当开关电源中的电流变化产生未被控制的电场和磁场时，这些能量会以无线电波的形式向外辐射，影响周围电子设备的正常工作。本文将详细介绍辐射EMI的测试方法、产生原因及优化策略。

1. 辐射EMI的测试介绍

辐射EMI测试旨在评估电子设备对外部环境的影响。测试的主要组成部分包括：

干扰源：受测设备（EUT）以及输入输出线。

耦合途径：通常为空间耦合，涉及磁场或电场传播。

敏感设备：根据不同测试频段更换测试所用天线，常规天线包括单极（杆）天线、双锥天线、对数天线和喇叭天线。根据不同的测试标准，天线与受测设备的距离通常有1m、3m、10m等。

2. 辐射EMI产生的原因

辐射发射测试（RE）的优化方式与传导EMI的优化方法基本相同。以下是辐射EMI产生的主要原因及其解释：

2.1 断续电流回路影响

对于辐射发射，需要两个条件：激励源和天线。针对DC-DC转换器，辐射的激励源与传导相同，都是快速的断续电流变化回路（di/dt）和电压变化节点（dv/dt）。电压变化节点主要对30MHz以下的辐射发射产生影响。

实际PCB走线（或铺铜）总会带来寄生电阻与寄生电感，统称为寄生阻抗-Zx。寄生感抗值为jωL，因此当频率很高时寄生感抗值也会很高，此时Zx两端会产生压差，视为激励源，输入输出线径被视为天线发射辐射。同时，输入回路组成环形天线，交变电流产生磁场，输入线径作为天线发射辐射。

2.2 电压变化节点影响

对于SW节点主要是快速电压变化（dv/dt），此时向外发射电场信号，主要通过电感以及SW铺铜作为天线对外进行影响。由于容易被单极（杆）天线接收，此时主要影响30MHz以下的辐射发射测试。

3. 辐射EMI的优化策略

3.1 断续电流回路优化

以BUCK电路为例，输入回路所发射的磁场与电流以及输入回路的面积成正比。输入电流很难变小，因此尽可能减小输入回路的面积是有效的手段。输入电容应尽可能靠近功率管和基准地（续流管接地处），使输入回路尽可能小，从而减少走线上的寄生阻抗，进一步优化。

尽量使用4层以上的PCB设计，并保证其中一层在断续电流回路下是一整片的地。此时断续电流回路的磁场在地上会出现相反的涡流相互抵消。同时整片的地通过打过孔可以方便最小回路的设计。增加共模电感（或输入正负极增加相同电感），可以对走线寄生阻抗引起的激励源起到抑制作用。

3.2 电压变化节点优化

对于电压变化节点辐射优化与传导的优化基本相同，铺铜面积尽量小，尽可能选取屏蔽效果好的电感，选取小体积的电感等。如果因为功率和饱和电流的限制无法控制电感体积时，对开关节点（铺铜以及电感）进行屏蔽是最后的解决方案。

4. 芯片选型对辐射影响

4.1 对称设计的芯片选择

选择具有对称设计的输入脚的芯片可以优化断续电流回路。芯洲科技的SCT2434A/CQ、SCT2464Q等产品采用对称设计，有效减少了磁感应线的相互抵消。

4.2 抖频功能

带有抖频功能的产品能够将能量分布到不同频率区域，显著提升断续电流回路和电压变化节点的辐射性能。特别是在测试超出开关频率倍频的频点时，抖频功能的效果尤为明显。芯洲科技的40V和60V系列产品均配备了抖频功能，帮助客户更好地应对EMI挑战，提升系统稳定性。

4.3 模组产品

在模组产品设计中，集成电感和输入小电容对优化断续电流回路和开关节点铺铜面积至关重要。芯洲科技推出的SCT2230M和SCT2160M模组产品不仅实现了开关节点铺铜面积的最小化，还通过集成输入小电容显著优化了断续电流回路。

结语

通过理解辐射EMI的产生原因和优化策略，设计师可以在产品开发过程中采取有效措施，避免不必要的电磁干扰问题。无论是选择合适的芯片、优化PCB布局，还是采用先进的技术如抖频功能，都能显著提升产品的电磁兼容性。如需SCT2434A/CQ，SCT2464Q、SCT2230M和SCT2160M产品规格书、样片测试、采购等需求，请加客服微信：13310830171。