原创 时源芯微｜扩频IC如何减少电磁干扰（EMI）

时源芯微专业EMC/EMI/EMS整改  EMC防护器件

一、EMI产生的根源与扩频IC的应对策略

开关电源在工作时，功率半导体器件（如MOSFET、IGBT）的高速开关动作（频率通常在几十kHz至数MHz之间）会产生陡峭的电压/电流变化率（dv/dt、di/dt），这些快速变化的信号包含丰富的高次谐波，形成宽带噪声信号，频率范围可从开关频率延伸至数百MHz。这些噪声通过两种途径传播：

传导干扰：通过电源线、信号线等导体直接传播，频率范围通常在150kHz至30MHz之间。

辐射干扰：以电磁波形式通过空间传播，频率范围通常在30MHz至300MHz之间。

扩频IC的核心策略是打破噪声能量的集中性。传统开关电源的开关频率固定，噪声能量集中在基频及其谐波频率点上，形成尖锐的峰值辐射。扩频IC通过调制开关频率，将噪声能量分散到更宽的频带上，从而降低单一频率点的EMI强度。

二、扩频IC的关键技术实现

1. 频率调制技术

扩频IC采用多种频率调制方式，将开关频率围绕标称值进行周期性或随机性变化：

三角波/正弦波调制：开关频率在标称值附近按三角波或正弦波规律扫描。例如，LTC6908系列硅振荡器可将开关频率在±10%范围内线性扫描。

伪随机调制：开关频率按伪随机序列跳变，如LTC6909通过9位伪随机序列发生器控制时钟频率，避免周期性纹波。

混合调制：结合多种调制方式，进一步优化频谱分布。

2. 调制参数优化

调制深度（Δf/f₀）：表示频率偏移范围与标称频率的比值。例如，±10%的调制深度可将噪声能量扩展至标称频率的90%至110%范围内。

调制速率（f_m）：即频率跳变速度。较快的调制速率可缩短开关电源在单一频率点的驻留时间，但需平衡开关电源的动态响应能力。

3. 频谱扩展效果

通过调制，原本集中在基频（f₀）和谐波频率（2f₀、3f₀…）的噪声能量被分散到更宽的频带（f₀-Δf至f₀+Δf）内。例如，采用±10%调制深度时，噪声峰值可降低10dB以上，总辐射能量保持不变，但单位频宽内的能量密度显著下降。

三、典型应用场景与案例

1. 消费电子

平板电脑/智能手机：通过扩频IC降低时钟信号辐射，解决辐射骚扰值超标问题。

音频功放：抑制时钟谐波干扰，提高信噪比（SNR）。

2. 汽车电子

LED驱动器：在PWM调光时防止LED闪烁，同时满足CISPR 25 Class 5辐射要求。

ECU（电子控制单元）：降低多ECU协同工作时的交叉干扰。

3. 工业控制

变频器/伺服驱动器：减少电机驱动系统对控制信号的干扰。

工业自动化网络：降低时钟信号对通信总线（如CAN、EtherCAT）的干扰。