一前言

激光雷達(dá)已從可選的傳感器升級為智能機(jī)器人時代的標(biāo)配組件。隨著AI技術(shù)的爆發(fā)，機(jī)器人正加速從概念產(chǎn)品走向生產(chǎn)、生活等各類基礎(chǔ)設(shè)施，市場對激光雷達(dá)的需求也隨之激增。然而，隨之而來的EMI問題，正成為工程師在產(chǎn)品開發(fā)中一個頭疼的問題。

智能割草機(jī)器人作為近幾年的火熱賽道，目前也開始搭配固態(tài)激光雷達(dá)來提高其視覺定位分析能力，本文帶來的便是一款智能割草機(jī)機(jī)器人的固態(tài)激光雷達(dá)整改案例。

二案例分析

該固態(tài)激光雷達(dá)基本架構(gòu)和原理框圖可以簡單地理解為，如下圖所示：

圖1 產(chǎn)品的基本架構(gòu)圖

24V供電接入設(shè)備后，先經(jīng)降壓電路穩(wěn)壓，再通過升壓電路為激光驅(qū)動板供電；激光發(fā)射后，信號由接收板完成接收與處理，最終將點(diǎn)云圖數(shù)據(jù)回傳至主板；主板處理完成后，通過網(wǎng)口將數(shù)據(jù)發(fā)送至智能割草機(jī)主控端。

該產(chǎn)品的摸底測試數(shù)據(jù)如下：

圖2 摸底測試數(shù)據(jù)-垂直方向

圖3 摸底測試數(shù)據(jù)-水平方向

【問題點(diǎn)分析】：
從測試數(shù)據(jù)來看，測試整頻段基本都超標(biāo)，最高超標(biāo)點(diǎn)超出限值達(dá)30dB之多。而且從測試數(shù)據(jù)的形態(tài)來看，應(yīng)該為電源開關(guān)類的噪聲所導(dǎo)致的測試超標(biāo)。
通過架構(gòu)框圖可以看出激光雷達(dá)的電源開關(guān)類的噪聲源主要有這幾點(diǎn)：
1.主板端的一級DCDC電源，為降壓電源；
2.主板端的二級DCDC電源，為升壓電源；
3.驅(qū)動端激光發(fā)射負(fù)邊驅(qū)動，MOS管的高頻開關(guān)帶來的開關(guān)噪聲。
這幾個點(diǎn)是后續(xù)整改過程中，問題排查的重點(diǎn)對象。

三整改措施

經(jīng)過一系列的排查，最終的整改方案如下：

1.主板端
（1）原始的電源端共模位置正對著頂層的一級電源功率電感，這會導(dǎo)致共模的隔離效果下降，整改后共模電感位置挪動，避開頂層的功率電感提高共模前后端的隔離度，去除多余的隔離措施騰出挪動空間；

圖4 輸入共模優(yōu)化前后對比圖

（2）二級升壓電路的輸出濾波電容位置挪動，優(yōu)化輸入電容到輸出電容的濾波噪聲環(huán)路面積大小，降低開關(guān)噪聲的輻射強(qiáng)度；

圖5 噪聲環(huán)路優(yōu)化前后對比圖

（3）二級升壓電路輸出二極管快速關(guān)斷，再加上激光遠(yuǎn)近探測要求，該位置的電壓會在36V和25V之間快速跳變，導(dǎo)致該位置諧振嚴(yán)重，在升壓二極管兩端加入RC吸收，對諧振帶來的高頻噪聲進(jìn)行吸收處理；

圖6 加入RC吸收圖

（4）主板到激光驅(qū)動板供電接口位置加入我司的BDL集成濾波，BDL有著極低的寄生電感，高頻有著優(yōu)異的插損性能，可以為激光驅(qū)動板的高頻切換噪聲電流提供回流路徑，抑制驅(qū)動板往外輻射的噪聲幅度；

圖7 加入BDL集成濾波器圖

（5）由于客戶前期結(jié)構(gòu)沒做EMC的設(shè)計(jì)規(guī)劃，導(dǎo)致外部供電線和數(shù)據(jù)線在后殼合上后會擠壓在高干擾的排線接口處，導(dǎo)致接口處的噪聲空間耦合到線束上，進(jìn)而往外輻射，供電端的共模隔離失效，最終加入我司的吸波材料貼在接口位置進(jìn)行隔離，阻斷噪聲的空間耦合。

圖8 加入吸波材料隔離圖

2.激光驅(qū)動板端：

（1）激光導(dǎo)通鏈路電源供電端加入470pf濾波電容，提供高頻噪聲回流路徑；

圖9 加入高頻電容位置圖

（2）根據(jù)客戶的設(shè)計(jì)要求，PCB板地不能與金屬外殼搭接，這會導(dǎo)致驅(qū)動板的地是懸空狀態(tài)，耦合到外殼的高頻干擾沒有低阻抗的回流路徑回到源頭。整改后在每個螺柱位置加入470pf高頻電容進(jìn)行接地處理，為高頻噪聲提供回流路徑，減小噪聲回流路徑面積大小，降低輻射強(qiáng)度；

圖10 加入高頻隔離電容

（3）激光驅(qū)動板的負(fù)邊驅(qū)動MOS吸收電路調(diào)整到靠近MOS管的兩端，避免走線的寄生電感導(dǎo)致吸收電路失效；

圖11 RC吸收位置調(diào)整圖

最后整改完的測試數(shù)據(jù)如下：

圖12 摸底測試數(shù)據(jù)-垂直方向

圖13 摸底測試數(shù)據(jù)-水平方向

可以看出整改完產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)已經(jīng)有6dB的余量，這足應(yīng)對不同地區(qū)的EMI認(rèn)證測試要求。

四結(jié)語

固態(tài)激光雷達(dá)在人工智能的加持下，已經(jīng)成為視覺方案搭配的一種趨勢，市場的需求量也在與日俱增，EMC問題得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期提前規(guī)劃和布局，避免后期整改帶來的人工和時間成本，有EMC技術(shù)支持需求的伙伴可以聯(lián)系我們。