30dB超标？固态激光雷达EMI整改全案解析

 

一前言

激光雷达已从可选的传感器升级为智能机器人时代的标配组件。随着AI技术的爆发，机器人正加速从概念产品走向生产、生活等各类基础设施，市场对激光雷达的需求也随之激增。然而，随之而来的EMI问题，正成为工程师在产品开发中一个头疼的问题。

智能割草机器人作为近几年的火热赛道，目前也开始搭配固态激光雷达来提高其视觉定位分析能力，本文带来的便是一款智能割草机机器人的固态激光雷达整改案例。

二案例分析

该固态激光雷达基本架构和原理框图可以简单地理解为，如下图所示：

图1 产品的基本架构图

24V 供电接入设备后，先经降压电路稳压，再通过升压电路为激光驱动板供电；激光发射后，信号由接收板完成接收与处理，最终将点云图数据回传至主板；主板处理完成后，通过网口将数据发送至智能割草机主控端。

该产品的摸底测试数据如下：

图2 摸底测试数据-垂直方向

图3 摸底测试数据-水平方向

【问题点分析】：
从测试数据来看，测试整频段基本都超标，最高超标点超出限值达30dB之多。而且从测试数据的形态来看，应该为电源开关类的噪声所导致的测试超标。
通过架构框图可以看出激光雷达的电源开关类的噪声源主要有这几点：
1.主板端的一级DCDC电源，为降压电源；
2.主板端的二级DCDC电源，为升压电源；
3.驱动端激光发射负边驱动，MOS管的高频开关带来的开关噪声。
这几个点是后续整改过程中，问题排查的重点对象。

三整改措施

经过一系列的排查，最终的整改方案如下：

1.主板端
（1）原始的电源端共模位置正对着顶层的一级电源功率电感，这会导致共模的隔离效果下降，整改后共模电感位置挪动，避开顶层的功率电感提高共模前后端的隔离度，去除多余的隔离措施腾出挪动空间；

图4 输入共模优化前后对比图

（2）二级升压电路的输出滤波电容位置挪动，优化输入电容到输出电容的滤波噪声环路面积大小，降低开关噪声的辐射强度；

图5 噪声环路优化前后对比图

（3）二级升压电路输出二极管快速关断，再加上激光远近探测要求，该位置的电压会在36V和25V之间快速跳变，导致该位置谐振严重，在升压二极管两端加入RC吸收，对谐振带来的高频噪声进行吸收处理；

图6 加入RC吸收图

（4）主板到激光驱动板供电接口位置加入我司的BDL集成滤波，BDL有着极低的寄生电感，高频有着优异的插损性能，可以为激光驱动板的高频切换噪声电流提供回流路径，抑制驱动板往外辐射的噪声幅度；

图7 加入BDL集成滤波器图

（5）由于客户前期结构没做EMC的设计规划，导致外部供电线和数据线在后壳合上后会挤压在高干扰的排线接口处，导致接口处的噪声空间耦合到线束上，进而往外辐射，供电端的共模隔离失效，最终加入我司的吸波材料贴在接口位置进行隔离，阻断噪声的空间耦合。

图8 加入吸波材料隔离图

2.激光驱动板端：

（1）激光导通链路电源供电端加入470pf滤波电容，提供高频噪声回流路径；

图9 加入高频电容位置图

（2）根据客户的设计要求，PCB板地不能与金属外壳搭接，这会导致驱动板的地是悬空状态，耦合到外壳的高频干扰没有低阻抗的回流路径回到源头。整改后在每个螺柱位置加入470pf高频电容进行接地处理，为高频噪声提供回流路径，减小噪声回流路径面积大小，降低辐射强度；

图10 加入高频隔离电容

（3）激光驱动板的负边驱动MOS吸收电路调整到靠近MOS管的两端，避免走线的寄生电感导致吸收电路失效；

图11 RC吸收位置调整图

最后整改完的测试数据如下：

图12 摸底测试数据-垂直方向

图13 摸底测试数据-水平方向

可以看出整改完产品的测试数据已经有6dB的余量，这足应对不同地区的EMI认证测试要求。

四结语

固态激光雷达在人工智能的加持下，已经成为视觉方案搭配的一种趋势，市场的需求量也在与日俱增，EMC问题得在产品设计初期提前规划和布局，避免后期整改带来的人工和时间成本，有EMC技术支持需求的伙伴可以联系我们。