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Application Report ZHCA589 C January

2014 1 小功率便携式音频产品(含Charger 和DC-DC)的辐射发射超标 对策 Roger Ding China MNC FAE 摘要 小功率便携式电子产品目前常用锂电池和 Boost(Buck)芯片给 MCU、Audio 以及显示屏等器件 供电.

此类产品通常使用适配器供电,设计要求充电部分工作时,必须通过测试并符合 EMC 标准.一般来说,为了提高系统工作效率,锂电池充电芯片都是基于开关工作方式,类似一个 开关电源,另外,可能其他的开关电源芯片在同时工作,器件均为开关工作方式,提高了工作 效率,同时引入了辐射问题,这也是电子产品设计过程中的常见问题.本文基于一个产品设计 实例(用BQ24133 单电池充电电路和 LM3478 升压电路),对设计过程中曾经遇到的辐射难 题进行了详尽的分析.确定骚扰源,找出耦合路径,最终给出解决问题的方法,以供大家作参 考. 内容 1. 便携式音频产品电源系统介绍.2 1.1 背景.2 1.2 音频产品供电回路.2 2. EMI 问题分析

3 2.1 EMI 问题的产生

3 2.2 分析辐射发射超标的原因:3 3. 解决问题的办法:3 3.1 Layout 注意事项:3 3.2 其他注意事项.5 3.2.1 布局.5 3.2.2 共模电感的使用

5 3.2.3 测试注意事项.5 4.结论:5 参考文献:5 ZHCA589

2 小功率便携式音频产品(含Charger 和DC-DC)的辐射发射超标对策 1. 便携式音频产品电源系统介绍 1.1 背景 实际的产品开发中,便携式产品的 EMI 测试是用适配器给产品充电,有其他外接设备连接也需要在 测试时接上.下面以一个实际产品的开发为例,说明这类产品设计的 EMI 设计要注意的问题,以及遇到 辐射发射超标,如何来分析问题产生的原因.并找出解决问题的办法. 1.2 音频产品供电回路 如下图

1 是一个 Audio 产品的电源部分的原理图,这个产品有一个 charger 芯片 BQ24133,在这个应 用中设置最大充电电流 2A.有一个 Boost 芯片 LM3478,把电池电压升压到 10V 给Audio 芯片供电,满 载电流 1A,另外一个 Boost 芯片 LM3478,把电池电压升到 5V,给iphone 或者 ipad 充电,最大电流 2A.适配器的直流输出线规格是 1.5 米,手机充电的电源线约 0.5 米,整个 PCB 板面积大概 12mm*8mm,设计为两层板. 图1:Audio 供电回路图 ZHCA589 小功率便携式音频产品(含Charger 和DC-DC)的辐射发射超标对策

3 2. EMI 问题分析 2.1 EMI 问题的产生 这类便携式产品要求通过标准 EN55022,Class B.这个产品的初版样机在辐射发射测试时(未接手 机),辐射发射 30M 到300M 频段严重超标,在200MHZ 左右,超标 20DB 以上. 2.2 分析辐射发射超标的原因: 首先,先分析辐射超标产生的原因,我们知道 EMC 三要素,骚扰源,耦合路径和敏感设备.这个产品 中开关方式工作的器件无疑是骚扰源,也就是 BQ24133(开关频率 1.6MHZ)和两个 LM3478(开关频率 400KHZ).再看耦合路径,30M 到300M 频段对应的波长是一米到十米,如果要发射一定波长的电磁 波,需要一根发射天线,成为天线的必要条件是长度至少要大于波长的二十分之一,当天线是电磁波半 波长的整数倍时,发射功率最大.满足以上条件能成为天线的导线就是几根外接线,最有可能的是适配 器的直流电源线和地线.分析 layout 设计,发现产品设计时,只用了一个地,在整个 PCB 的两层均大面 积铺地,并且与适配器的地线连接在一起,加上手机的充电导线,构成一根超过两米长的地线.另外 BQ24133 充电电路和两个 LM3478 的升压电路底下也是大面积的铺地,造成高频干扰直接耦合到地平面, 通过长的地线发射出来. 3. 解决问题的办法: 针对以上分析,做了整改.由于是便携式音频设备,没有 PE 线,无法使用 Y 电容,客户也不希 望使用共模电感增加成本,所以主要优化 layout.采取了以下措施: 3.1 Layout 注意事项: 1)将每个电源回路梳理,将模拟地和数字地分开,每个单元电路不要相互交叉.BQ24133 的数字 地和模拟地分开走线,在芯片下通过一个