基于微控制器應(yīng)用的EMC設(shè)計(jì)

一、引言

　　在概念上，電磁兼容性(EMC)包含系統(tǒng)本身的電磁敏感性(EMS)以及電磁雜音發(fā)射(EME)兩個(gè)部分。EME描述的是器件在測(cè)試(DUT)的情況下是噪聲源，而EMS描述的是器件在 DUT的情況下是噪聲受害者。在大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，EMC變得越來(lái)越重要。如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)不干擾其它系統(tǒng)，也不受其它系統(tǒng)發(fā)射影響，并且不會(huì)干擾系統(tǒng)自身，那么所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)就是電磁兼容的。

　　在電磁兼容設(shè)計(jì)中，“受害方”的概念通常指那些由于設(shè)計(jì)缺乏EMC考慮而受到影響的部件受害部件可能在基于MCU的PCB或者模組的內(nèi)部，也可能是外部系統(tǒng)通常的受害部件是汽車(chē)免持鑰匙入車(chē)(Keyless-Entry)模組中的寬帶接收器或者是車(chē)庫(kù)門(mén)開(kāi)啟裝置接收器，由于接收到MCU發(fā)出的足夠強(qiáng)的雜訊，這些模組中的接收器會(huì)誤認(rèn)為接收到了一個(gè)遙控信號(hào)。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，電磁環(huán)境噪聲在一個(gè)給定的空間內(nèi)是增長(zhǎng)的，如圖1曲線所示，當(dāng)在電子設(shè)備的抗干擾性高于電磁環(huán)境噪聲任何點(diǎn)時(shí)，電子設(shè)備的功能都不將受影響，遺憾的是，現(xiàn)在電子系統(tǒng)大部分具有較高的工作頻率和較低的電平開(kāi)關(guān)門(mén)限(由于較低工作電源)，防噪聲能力逐漸下降，如圖1中的曲線2。

　　圖1∶環(huán)境噪聲長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)

　　二、MCU中存在的EMC

　　MCU一般包括通用型和專用型兩類，大部分都采用了各種不同形式的EMC技術(shù)，其中在用戶端無(wú)任何措施的情況下，有些技術(shù)是還是有效的，其它則需要適當(dāng)?shù)牧粜腜CB設(shè)計(jì)。因此可以說(shuō)，雜訊來(lái)源主要有兩部分∶MCU的內(nèi)部噪聲，MCU傳播到外面的噪聲。

　　MCU內(nèi)部存在四種主要的噪聲源∶內(nèi)部匯流排和節(jié)點(diǎn)同步開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電源和地線上的電流;輸出管腳信號(hào)的變換;振蕩器工作產(chǎn)生的雜訊;開(kāi)關(guān)電容負(fù)載產(chǎn)生的片上信號(hào)假像。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際應(yīng)用中高頻率的窄帶雜訊比寬帶雜音能耗高，所以以下主要介紹窄帶雜訊。

　　1、主要噪聲源

　　除AD轉(zhuǎn)換器、振蕩器和I/Oring之外，所有內(nèi)部邏輯被列為內(nèi)核。典型的內(nèi)核和外部引腳是沒(méi)有關(guān)聯(lián)的，但電源引腳除外。例如，在圖2中內(nèi)核包含CPU、鎖相環(huán)、程序記憶體、RAM及周邊器件包括CAN記憶體。 I/Oring包括帶有埠緩沖的電源和地面通道系統(tǒng)以及保護(hù)電路。所以，大多數(shù)MCU的I/Oring電源和內(nèi)核電源是分開(kāi)的。

　　圖2∶典型的MCU布局

　　(1)振蕩器

　　當(dāng)涉及到時(shí)鐘和窄帶雜訊，大家自然而然地就會(huì)想到振蕩器。圖3顯示了NEC公司典型MCU的石英振蕩器信號(hào)X1和X2的措施。雖然信號(hào)不是完全的正弦波形，但比較接近。事實(shí)上，根據(jù)頻譜分析僅能表示少數(shù)一些諧波。此外，和MCU的總功耗相比，振蕩器的功耗是相當(dāng)較低的，因此MCU的石英振蕩器引起的噪音輻射相當(dāng)?shù)汀Ｈ欢?，信?hào)形狀和其頻譜可能大大有別于其它類型的振蕩器，例如RC振蕩器。

　　圖3∶MCU的石英振蕩器引起的噪音