由于各种原因，电子系统需要隔离。其作用是保护人员和设备不受高压影响，或仅仅消除PCB不必要的接地电路。它是包括工厂和工业自动化、医疗设备、通信和消费品在内的各种应用的基本设计元素。

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虽然隔离很重要，但它的设计也非常复杂。当控制功率和数据信号通过隔离栅时，会产生电磁干扰(EMI)。辐射发射(RE)会对其他电子系统和网络的性能产生负面影响。

对于带隔离的电路设计，跨隔离栅传输功率的重要步骤是缓解RE。传统的方法虽然可能有效，但往往需要权衡。它可能包括使用分立电路和变压器传输功率。这种方法笨重耗时，会占用宝贵的PCB所有的空间都会增加成本。更经济高效的解决方案是将变压器和所需电路集成到更小的外观中，如芯片包装。

虽然这样可以节省电路板空间，降低设计的复杂性和成本，但也使变压器体积小，绕组少，开关频率高达200 MHz）为了有效地将所需的功率传输到二次端。寄生共模频率更高(CM)电流可能通过变压器的绕组以容性方式从初级端耦合至次级端。由于隔离栅的性质有限，没有物理路径可以让这些CM电流返回初级端。隔离栅形成偶极，用能量CM以电流的形式辐射，并将其返回到初级端。另一个重要的考虑因素是合规。

电磁兼容性(EMC)要求

产品上市前必须符合要求EMC规定。将变压器和所需电路集成到较小的包装中会产生EMI，因此，需要复杂且昂贵的使用RE满足电磁兼容性的抑制技术(EMC)法律法规的要求。

EMC指电子系统在其目标环境下正常工作而不干扰其他系统的能力。世界各地都有不同的地区EMC法律法规用于确保所有产品在其他产品存在时能够正常工作。辐射发射量必须低于目标使用环境和应用场合的规定水平。因此，EMC测试和认证已成为产品上市过程的重要组成部分。在欧盟销售的产品需要有CE在美国销售的产品需要标志FCC分类认证。为了获得这些认证，系统需要执行一套EMC测试。辐射发射通常必须符合工业、医疗、通信和消费环境CISPR 11/EN 55011、CISPR 22/EN 55022或FCC Part 15标准。

图1.发射量增加的示例。

CISPR 11/EN 55011

本标准适用于工业、科学和医疗(ISM)产生射频能量的设备是为目的而设计的。在标准范围内，设备可分为两组。第二组包括所有有意生成并局部使用射频能量的设备ISM RF设备。第一组包括本标准范围内不属于第二组的所有设备。

CISPR 22/EN 55022

本标准适用于满足下列条件的信息技术设备(ITE)：主要功能是将输入、存储、显示、检索、传输、处理、交换或控制数据与电信信息相结合，可配备一个或多个终端端口，通常用于传输信息。

在每个标准下，设备进一步分类，每个类别应遵循单独的排放限制。

A类别:用于工业应用和非住宅区的设备

B类别：住宅环境中使用的设备

由于B类限制覆盖住宅（或轻工业）环境，产品更有可能非常接近（广播和电视接收器在10米范围内），因此更严格（低于A类10米 dB以免干扰问题。

图2显示了与CISPR 11/EN 55011和CISPR 22/EN A类和B类限制线与55022相关。在此频率范围内，符合要求CISPR 22/EN 55022 B类别标准意味着也符合CISPR 11/EN 55011 B类标准。

图2.辐射发射标准-限制线。

在设计周期开始时考虑EMC

据报道，50%的产品首次出现EMC所有的测试都以失败告终。1这可能是因为缺乏相关知识，在产品设计阶段没有早期应用EMC设计技术。如果在功能设计完成之前一直被忽视EMC问题通常会带来耗时昂贵的挑战。此外，随着产品开发过程的深入，可以用来解决EMC问题技术越来越少，因为产品变化会导致计划加班和成本增加。

在项目开始时，尽量缩短设计时间，降低项目成本EMC设计很重要。组件的选择和放置也很重要。将符合行业标准的设备纳入选择和设计，可以提高合规性。

EMI抑制技术：迫切需要更好的方法

与传统的使用分立式变压器的方法相比，将变压器和电路集成到芯片级包装中可以减少组件的数量，从而大大节省PCB空间，但可能会引入更高的辐射发射。辐射发射抑制技术会使PCB由于集成变压器节省的成本和空间，设计更加复杂或需要额外的组件。

例如，在PCB抑制辐射发射水平的常见方法是CM电流从次级端到初级端形成低阻抗路径，从而减少RE水平。为了实现这一点，旁路电容器可以用于初级和次级之间。旁路电容器可以是分立电容器或嵌入式夹层电容器。

分立式电容器是最简单的解决方案，可能有引线或表面安装组件。它还适用于2层PCB但分立式电容价格昂贵，体积巨大，会占用宝贵的优势PCB空间，在可能堆叠多个组件的隔离栅旁边。

另一个不太理想的解决方案是使用嵌入式旁路电容，当PCB当两面重合时，电容(图3)就会形成。由于平行板电容的电感极低，这种电容具有一些非常有用的特性，因此在更大的频率范围内是有效的。它可以提高发射性能，但得正确的电容，因此可以提高发射性能PCB设计复杂性和成本都会增加，需要四层或更多层。此外，内重叠层的间距必须通过隔离来满足相关隔离标准规定的最低距离标准。

图3.中央电源与接地层之间形成的内部PCB旁路电容。

旁路电容器还允许交流泄漏和瞬态跨隔离栅从一个接地层耦合到另一个接地层。虽然旁路电容器通常很小，但高压高速瞬态可以通过这个电容器跨隔离栅注入大量电流。如果应用程序需要承受静电放电、电快速瞬态和浪涌等不良电磁瞬态，也必须考虑到这一点。

无论是分立式还是嵌入式，使用旁路电容器都不是理想的抑制技术。虽然它有助于减少辐射发射，但它需要增加组件并使用复杂的组件PCB以布局和提高瞬态敏感性为代价。理想的抑制技术不需要旁路电容，可以降低成本PCB设计的复杂性。

必须避免使用复杂抑制技术

理想情况下，集成隔离电源组件应包括减少芯片辐射发射的措施，并确保通过系统级辐射发射测试，而无需在外部添加额外复杂的措施。这样，只需将组件放置在两层板上，就可以通过严格的辐射发射测试，而无需多次制作电路板。

低辐射发射隔离器

AD下一代公司isoPower该系列产品采用创新的设计技术，可避免大量辐射发射，即使在没有旁路电容的2层板上也不例外。ADuM5020和ADuM5028满足于大规模充裕CISPR 22/EN 55022 B类限制的同时，可以分别跨隔离栅提供500 mW和330 mW功率。

图4.ADuM5020和ADuM5028。

ADuM5020采用16引脚宽体SOIC对于封装ADuM5028，最小可选包装为8引脚SOIC。ADuM5020/ADuM5028提供3 V和5 V两个电源选项，三个 kV rms额定隔离。ADuM5020/ADuM5028提供5 kV rms，可以达到与ADuM5020/ADuM5028功率和辐射发射水平相同。

为减少辐射发射，ADuM5020/ADuM5028具有优异的线圈对称性和线圈驱动电路，有助于通过隔离栅CM最小化电流传输。扩频技术也被用来降低某一特定频率的噪声浓度，并将辐射发射能量扩散到更广泛的频段。在次级端使用低价铁氧体磁珠将进一步减少辐射发射。在RE这些技术可以提高峰值和准峰值的测量水平。

图5 概念ADuM铁氧体特性曲线5020。

图5显示放置靠近的位置VISO和GNDISO二级端铁氧体磁珠引脚。下一段收集辐射发射图的铁氧体是Murata BLM15HD182SN1。这些铁氧体在宽频率范围内具有高阻抗（100 MHz时为1800 Ω，1 GHz时为2700 Ω）。这些铁氧体降低了偶极的有效辐射效率。，由于铁氧体磁珠的阻抗，CM电流环减小，偶极有效长度明显缩短，降低偶极效率和辐射发射。

图6.用铁氧体磁珠减少有效偶极。

ADuM5020/ADuM5028提供即用直流-直流电源解决方案。该解决方案性价比高，复杂性低，占地面积小，RE性能优异，如果在设计周期开始时纳入产品设计，将有助于满足EMC法律法规的要求。

测试室的结果

ADuM5020/ADuM5028根据CISPR 22/EN 55022测试指南在10 m在半波暗室进行测试。图7显示了一个典型的10 m测试室。按照标准规定，ADuM5020/ADuM5028评估PCB距离天线校准点10 m远处的非导电工作台。确保DUT附近没有其他导电表面，因为它会影响测试结果。图8显示用于确定DUT高发射频率峰值扫描。准峰值测量可在这些点定位后进行。工作台在准峰值测量期间旋转360°,天线高度从1 m升高到4 m。记录最坏情况下的准峰值测量结果，并与限制线要求进行比较。

确保没有外部设备、金属平面或电缆会干扰DUT辐射发射试验。为了测试ADuM5020/ADuM5028评估板采用带板载低压差稳压器的电池，保持较小的电源电流环，消除不必要的布线。

图8显示了在不同配置下捕获的图8ADuM5020/ADuM5028的峰值图。由于在ADuM5020/ADuM5028年采用扩频技术，注意宽频段内的能量扩散。图9显示了准峰值测量值和最坏情况CISPR 22/EN 55022 B与类限制线相比的裕度。ADuM输出电源55020 V (500 mW)，负载为100 mA以5以上 dB通过了CISPR 22/EN 55022测试。这就提供了很大的设计灵活性。这种裕度非常有益，而且由于测试室的质量、校准和设备的精度可能在不同的测试设施中有所不同，可能会导致测量结果的波动。如果最终产品需要在不同的测试室进行测试，则必须符合要求CISPR 22/EN 55022标准，重要。

图7.10 m图像及评估测试室PCB。

图8.峰值图—ADuM5020/ADuM5028。

表1.结果

AD下一代公司isoPower系列产品提供紧凑的即用电源解决方案，不需要使用复杂的电源解决方案来满足辐射发射限制PCB等级抑制技术。ADuM5020/ADuM5028提供直流-直流即用电源解决方案，适用于隔离设计，满足以下辐射发射和产品标准要求：

CISPR 22/EN 55022（B类别):信息技术设备

CISPR 11/EN 55011（B类别):工业、科学和医疗设备

IEC 61000-6-4:一般标准-工业环境辐射发射标准

IEC 61000-6-3:住宅、商业、轻工业环境辐射发射标准

IEC 61131-2:可编程控制器-第二部分:设备要求和测试

IEC 621326:用于测量、控制和实验室的电气设备

EMC要求-第1部分：一般要求

IEC 60601-1-2:医疗电气设备第1-2部分:基本安全和基本性能的一般要求-附加标准:电磁干扰-要求和测试

IEC 61800-3:变速电力驱动系统-第三部分:EMC要求和具体的测试方法

IEC 6304-5-1：家用和建筑电子系统(HBES)建筑自动化和控制系统(BACS)—第5-1部分：EMC设置要求、条件和测试设置

减少隔离设计中的复杂性和矛盾

隔离电源的设计可能是设计过程中最具挑战性的方面。建立一个解决方案需要权衡各种设计需求，并遵守世界许多不同地区的法律法规。由此产生的牺牲往往会对尺寸、重量和性能产生负面影响，或减少满意度EMC标准能力。

顺利满足EMC已通过行业标准验证的设备可在设计阶段早期使用。EMC应该纳入到设计过程中，而不是事后才考虑。采用旁路电容等抑制技术会降低电子系统的抗瞬变能力，增加成本和设计复杂性。AD下一代公司isoPower系列产品提供辐射发射抑制技术，无需具备旁路电容，仍可满足EN 55022/CISPR 22 B类别标准要求。ADuM5020/ADuM扩频技术可以降低任何频率下的功率水平。优秀的设计、变压器线圈对称性和使用两种低成本的小铁氧体有助于减少跨隔离栅流向次接地层CM电流。ADM5020/ ADuM5028满足CISPR 22/EN 55022 B类要求，2层PCB它有很大的裕度，不需要高成本使用PCB级RE因此，抑制技术可以降低成本。

参考文献

1 为什么50%的产品首次进行？EMC测试以失败告终。Intertek。

作者简介

James Scanlon都柏林大学于2001年获得电子工程学士学位。2008年，他获得了利默里克大学VLSI系统工程硕士学位。2001年，James加入位于爱尔兰利默里克的实习工程师AD从事设计评价的公司。目前，他是隔离技术部门的应用工程师EMC广泛的产品组合。联系方式：james.scanlon@analog.com。