Sind bei Schaltnetzteilen immer Eingangsfilter erforderlich?

Dies ist eine Fortsetzung der Fragen hier und hier

Ich habe kürzlich eine Platine entworfen, die einen Abwärtsregler (LM2576 5V) enthielt. Sie können das PCB-Layout in dieser Frage sehen . Nach der Umwandlung der Eingangsspannung von 12 VDC in 5 V bringen zwei Linearregler diese dann auf 3,3 V (für ein Mikro) und 4,1 V (für ein SIM800C-GSM-Modem).

Wenn das Board mit anderen Boards im System verbunden ist (das einen Lautsprecher enthält), ist ein lautes GSM-Summen zu hören, wenn das Modem sendet. Das Annähern eines Mobiltelefons an die Lautsprecherplatine verursachte ebenfalls das Summen, aber es war viel viel leiser, was für mich implizierte, dass das Geräusch durch die Kabel geleitet und nicht abgestrahlt wurde.

Um das Rauschen zu verstehen, habe ich einen einfachen Emissionstest durchgeführt (mit einem Spektrumanalysator und einer Tekbox LISN). Ich habe die leitungsgebundenen Emissionen von 150 kHz bis 30 MHz (RBW 9 kHz, Schritt 5,4 kHz Verweilzeit 50 ms) in einer Vielzahl verschiedener Firmware-Konfigurationen erfasst, um zu versuchen und zu verstehen, woher das Problem stammt. Hier die Scans:

Scannen Sie 1 mit GSM-Modem, das so oft wie möglich sendet (ungefähr einmal alle 750 ms). Die großen Spitzen, die über das Spektrum verteilt sind, sind normalerweise ~ 300 kHz voneinander entfernt (nähere Spitzen liegen etwa 90 kHz auseinander - nicht sicher, wie Sie das interpretieren sollen. Könnte ein Vielfaches der 52-kHz-Umschaltung sein Frequenz.)

Scan 2 mit ausgeschaltetem GSM-Modem Wenn man sich das also anschaut, hat das Ausschalten des GSM-Modems das leitungsgebundene Rauschen deutlich reduziert.

Allerdings habe ich mich dann entschieden, einen 4,7R-Leistungswiderstand an den Ausgang des 4,1V-Reglers zu löten, um die Last des GSM-Modems kontinuierlich zu simulieren.

Scannen Sie 3 mit ausgeschaltetem GSM-Modem und 4,7-R-Last am 4,1-V-Regler

Das Gesamtrauschen springt wieder auf ähnliche Pegel wie die Spitzen, die in der ersten Spur mit eingeschaltetem GSM-Modem vorhanden waren. Wenn ich die Spitzen der Spikes auf Scan 1 verbinden würde, würde ich am Ende eine Spur ähnlich wie Scan 3 erhalten. Dies ließ mich denken, dass das Problem tatsächlich darin besteht, dass das SMPS bei höheren Lasten mehr Rauschen erzeugt, anstatt dass es Rauschen ist durch das GSM-Signal selbst verursacht wurde, und dass das GSM-Rauschen eigentlich darauf zurückzuführen war, dass das Modem plötzliche Stromstöße vom SMPS forderte, das dann härter daran arbeitete, dies bereitzustellen, und viel Schaltrauschen erzeugte.

Wenn das stimmt, überrascht es mich aus folgenden Gründen:

• Ich habe versucht, dem empfohlenen Layout für den LM2576 zu folgen, wie im Datenblatt angegeben, um Schaltgeräusche zu minimieren.
• Der 4,1-V-Regler hat sowohl große als auch kleine Kondensatoren am Ein- und Ausgang, was meiner Meinung nach ausreichen sollte, um die Stromanforderungen des GSM-Modems zu glätten.
• Das GSM-Modem verfügt über 100-uF-Tantal-, 1-uF-, 33-pF- und 10-pF-Kappen, die in der Nähe der Stromversorgungsstifte positioniert sind, wie im Datenblatt empfohlen, was den hohen Stromanforderungen des Modems standhalten sollte.
• Obwohl es Layoutprobleme mit der Platine gibt (insbesondere unter dem Mikro in der Mitte), scheinen die Stromversorgungsspuren in Bezug auf Stromschleifen in Ordnung zu sein (siehe Layout hier ).

Das LM2576-Datenblatt erwähnt keinerlei Eingangsfilter vor dem SMPS (nur Ausgangsfilter).

Also die Fragen die ich mir stelle sind folgende:

• Ist meine Analyse der Quelle dieses EMV-Problems korrekt? (SMPS erzeugt Eingangsrauschen aufgrund hoher Last).
• Sind Eingangsfilter immer notwendig, um das SMPS-Schaltrauschen zu reduzieren, oder kann dieses Problem nur durch eine Verbesserung des PCB-Layouts gelöst werden? Wenn ja, wo liegen die Layoutprobleme, die dieses Problem verursachen?