不言而喻，PC电路板的布局设计决定了每一种电源设计的成败。它决定了一个电源的功能、电磁干扰(EMI)和热行为。虽然开关电源布局不是黑魔法，但在设计过程中会经常被忽视，最终发现其至关重要却为时已晚。因此需要一种行之有效的方法，从一开始就削弱这些潜在的EMI威胁，方能确保电源安静而稳定。
首先，就是因为模拟电源设计人员不足，所以要求越来越多的数字设计人员进行开关模式电源设计！虽然大多数数字设计人员都知道如何使用简单的线性稳压器，但并非所有设计都要求降压（降压模式）。事实上，很多是升压模式（升压），甚至是降压-升压拓扑（降压和升压模式相结合）。
显然，许多电子系统制造商都面临一个问题：如何实现系统所需的所有开关模式电源电路？
01 解决设计资源短缺问题
在本文中，我将介绍降压稳压器工作的一些基本原理，包括开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感如何导致电磁噪声和开关振铃。然后我们将看看如何减少高频噪声。我还将介绍ADI的Power by LinearTM Silent Switcher®技术，包括它如何构成，并演示它如何帮助解决EMI问题，且丝毫不会影响性能。其中还包括SilentSwitcher器件如何工作。
我还将概述Silent Switcher的封装和布局，讨论这些封装和布局如何提高降压转换器的整体性能。此外，我将演示如何将此技术融入我们的μModule®稳压器，从而提高SilentSwitcher器件的集成度。对于不熟悉开关模式电源设计技术的设计人员，这些简单易用的解决方案会很有用。
02 基本降压稳压器电路
最基本的电源拓扑之一是降压稳压器，如图1所示。EMI从高di/dt回路开始。供电线和负载线不应具有高交流电流分量。因此，输入电容C2应将所有相关电流的交流分量传输至输出电容C1，所有电流交流分量在这里结束。
图1. 同步降压稳压器原理图。
参考图1，在M1关闭而M2打开的开启周期中，交流电流在实线蓝色回路中流动。在关闭周期中，当M1打开而M2关闭时，交流电流在绿色虚线回路中流动。大多数人难以理解，产生最高EMI的回路既不是实线蓝色回路，也不是虚线绿色回路。而是虚线红色回路中流动的全开关交流电流，从零切换至I峰值，再回到零。虚线红色回路通常指热回路，因为它有最高交流电流和EMI能量。
导致电磁噪声和开关振铃的是开关稳压器热回路中的高di/dt和寄生电感。要减少EMI并改进功能，需要尽量减少虚线红色回路的辐射效应。如果我们能够将虚线红色回路的PC电路板面积减少到零，并且能够买到具有零阻抗的理想电容，就能解决这个问题。然而，在现实世界中，设计工程师所能做的就是找到一个最佳的折中方案！
那么，这些高频噪声到底是从哪里来的呢？在电子电路中，通过寄生电阻、电感和电容耦合，在开关转换过程中，产生了高频谐波。知道是哪里产生噪声，那么如何减少高频开关噪声呢？减少噪声的传统方式是减慢MOSFET开关边缘。通过减慢内部开关驱动器或从外部添加缓冲器，就可以实现。
但是，这会降低转换器的效率，因为增加了开关损耗——特别是当开关稳压器在高开关频率（如2MHz）下运行时。说到这里，我们为何要在2MHz的频率下运行呢？
实际上有几个原因：
减小辐射，也可使用滤波器和屏蔽，但这需要更多的外部元件和电路板面积。还可采用展频(SSFM)技术，但这样在已知范围内会使系统时钟抖动。SSFM有助于满足EMI标准要求。EMI能量被打散分布在频域上。虽然普通开关电源所选的开关频率通常会在AM频段之外（530 kHz至1.8 MHz），但在AM频段内，未经调制的开关谐波仍可能不符合严格的汽车EMI要求。添加SSFM功能可明显减少AM频段内及其他区域中的EMI。或者就使用ADI的Silent Switcher技术，该技术能够满足上述所有要求：
高效率
高开关频率
低电磁辐射(EMI)
03 Silent Switcher技术
Silent Switcher器件无需减慢开关边缘速率，解决了EMI和效率之间的权衡问题。那么如何才能实现呢？考虑使用LT8610,a如图2 左侧所示。这是支持42 V输入的单片（内部有FET）同步降压转换器，可提供高达2.5 A的输出电流。请注意，其左上角有一个输入引脚(VIN)
图2. 如何将LT8610转换为Silent Switcher器件——LT8614。
但是，将LT8610与LT8614 （支持42V输入的单片同步降压转换器，可提供高达4 A的输出电流）相比，我们可以看到，LT8614在封装的另一侧有两个VIN引脚和两个接地引脚。这很重要，因为它是实现超低噪声开关的一部分！
04 如何使开关稳压器具有超低噪声
如何实现这个目标？在芯片另一侧的VIN 和接地引脚之间放置两个输入电容可消除磁场。幻灯片中突出显示了这一点，在原理图和演示板上均用红色箭头指向电容的位置，如图3所示。
图3. LT8614图，显示滤波器电容安置在IC另一侧的VIN和接地引脚之间。
05 LT8614产品详情
LT8614包含Silent Switcher功能。利用该功能，我们通过使用铜柱倒装芯片封装能够减少寄生电感。此外，还有反向VIN、接地和输入电容，可消除磁场（适用右手法则）以降低EMI辐射。
由于不需要使用焊线键合式装配技术所要求的长键合线，不会产生大的寄生电阻和电感，从而可减小封装寄生电感。两个对称分布的输入热回路产生的反向磁场相互抵消，并且电回路没有净磁场。
我们将LT8614 Silent Switcher稳压器与当前先进的开关稳压器LT8610进行比较。在GTEM室中，对两个器件的标准演示板使用相同负载、相同输入电压和相同电感进行了测试。我们发现，与使用LT8610具有很不错的EMI性能相比，使用LT8614时还能提高20dB，特别是在管理更高频率更困难的区域。在整体设计中，与其他敏感系统相比，LT8614开关电源需要的滤波更少、距离更短，从而可以实现更简单紧凑的设计。此外，在时域内，LT8614在开关节点边缘的性能良好。
图4. LT8614辐射EMI性能可满足最严格的CISPR 25 Class 5限制要求。
06 Silent Switcher器件的进一步增强
尽管LT8614具有出色的性能，但我们并没有停止改进的步伐。于是，LT8640 降压稳压器采用Silent Switcher架构，旨在最大限度地减少EMI/EMC辐射，同时在高达3 MHz的频率下提供高效率。它采用3 mm × 4 mm QFN封装，采用集成电源单片式结构，同时提供所有必需的电路功能，共同构成PCB占用空间最小的解决方案。瞬态响应性能仍然很出色，任何负载（从零电流到满电流）时的输出电压纹波低于10 mV p-p。LT8640允许在高频率下进行高VIN到低VOUT转换，最短开关导通时间为30 ns。
为改进EMI/EMC，LT8640可工作在展频模式。该功能以20%的三角调频调整时钟。当LT8640处于展频调制模式时，使用三角调频功能在RT设定值与约高于该值20%之间调整开关频率。调制频率约为3 kHz。例如，当LT8640设为2 MHz时，3kHz速率下的频率将从2MHz至2.4MHz不等。选择展频工作模式时，突发模式Burst Mode®操作会禁用，器件将在脉冲跳跃模式或强制连续模式下运行。
然而，尽管我们在Silent Switcher数据手册中都有说明，如提供了原理图和布局建议，以及将输入电容放在尽可能靠近IC两侧的位置——有一些客户仍然会出错。此外，我们的内部工程师也花了太多的时间来解决客户的PCB布局问题。因此，我们的设计人员提出了解决此问题的最佳解决方案——Silent Switcher 2架构。
07 Silent Switcher 2
采用Silent Switcher 2技术，我们只需将电容集成在新LQFN封装内：VIN电容、IntVCC和升压电容——尽可能靠近引脚放置。优势是将所有热回路和接地层都包括在内，从而降低了EMI。外部元件越少，解决方案尺寸就越小。此外，我们还消除了PCB布局敏感性。
如图5所示，可以看出LT8640和LT8640S 的原理图有何不同。而营销突破口是为包含内部电容的集成度更高的新版本冠以“S”的后缀。因为它比第一代更“安静”！
图5. LT8640S是一款具有更高的电容集成度的Silent Switcher 2器件。
Silent Switcher 2技术提高了散热性能。LQFN倒装芯片封装上的多个大尺寸接地裸露焊盘有助于封装和PCB散热。由于我们消除了高电阻键合线，因此还提高了转换效率。LT8640S的EMI性能轻松满足辐射EMI性能CISPR 25 Class 5峰值限制要求并且有较大的裕量。
下一步：
所有组件都与Silent Switcher 2 μModule稳压器集成
Silent Switcher技术如此引人注目，我们选择将其融入我们的 μModule稳压器产品线。所有组件都集成在一个小尺寸封装中，为用户提供了一个简单可靠、高性能和高电源密度的解决方案。 LTM8053 和LTM8073是几乎集成了所有组件的微型模块稳压器，只有少量电容和电阻接在外部。
图6. LTM8053 Silent Switcher 2 μModule。
总 结
综上所述，Silent Switcher功能和优势将使您的开关模式电源设计更容易满足CISPR 32和CISPR 25等各种抗噪标准要求。它们能够轻松有效地做到这一点是由于以下特性：
-
能够在大于2 MHz开关频率下进行高效转换，并且对转换效率的影响最小。
-
内部旁路电容减少EMI辐射并提供更紧凑的解决方案占板空间。
-
采用Silent Switcher 2技术基本上消除了PCB布局的敏感性。
-
可选展频调制有助于降低噪声敏感度。
-
使用Silent Switcher器件既可节省PCB面积，又可减少所需的层数。
