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免持鑰匙入車(Keyless-Entry)模組中的寬帶接收器或者是車庫門開啟裝置接收器,，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誤認(rèn)為接收到了一個(gè)遙控信號,。

　　從長遠(yuǎn)角度來看,，電磁環(huán)境噪聲在一個(gè)給定的空間內(nèi)是增長的，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關(guān)門限(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)境噪聲長遠(yuǎn)發(fā)展趨勢

　　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,，雜訊來源主要有兩部分∶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)同步開關(guān)產(chǎn)生的電源和地線上的電流;輸出管腳信號的變換;振蕩器工作產(chǎn)生的雜訊;開關(guān)電容負(fù)載產(chǎn)生的片上信號假像,。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想到振蕩器,。圖3顯示了NEC公司典型MCU的石英振蕩器信號X1和X2的措施。雖然信號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)?。然而，信號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

　　(2)內(nèi)核、PLL和時(shí)鐘樹

　　正弦時(shí)鐘不能使用在如MCU等內(nèi)部是數(shù)位邏輯的器件上,，因此,，在CMOS型MCU上，振蕩器時(shí)鐘被整形為矩形,，并且通過時(shí)鐘樹分布在內(nèi)部裝置中,。由于時(shí)鐘具有多種用途，到時(shí)鐘樹的各分支具有傳播延遲,，必須調(diào)整時(shí)鐘邊緣到各地裝置大約在同一時(shí)間,。所有開關(guān)型核心組件的電流幾乎是在同一時(shí)間內(nèi)，由此內(nèi)核的脈沖電流是一個(gè)主要的內(nèi)核噪聲源,。

　　MCU通常使用兩種邊緣的時(shí)鐘,，由此內(nèi)核電流的窄帶頻譜在內(nèi)核的運(yùn)行頻率及其諧波頻率上呈現(xiàn)電流峰值，呈現(xiàn)的最高頻率一般是內(nèi)核運(yùn)行頻率的兩倍,。由于MCU通常包括一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘分頻器，因此低頻諧波也必須考慮,。最后,，內(nèi)部資料操作等在低電平時(shí)提供一些寬帶雜訊。一方面,，振蕩器之前的外擴(kuò)也是一個(gè)小的噪聲源,，另一方面，內(nèi)核電流是和內(nèi)核的運(yùn)作頻率相關(guān)的。

　　如果內(nèi)核頻率是一樣的,，利用一個(gè)較慢的振蕩器和鎖相環(huán)(例如4MHz×4=16MHz)或使用較快振蕩器(例如16MHz),，這樣應(yīng)當(dāng)引起相似級別的輻射。

　　(3)外部記憶體接口

　　外部記憶體接口包括地址匯流排,，資料匯流排和一些控制信號,。地址匯流排由MCU輸出，由于非線性存取順序提供的是非周期信號,，因此,，從EME角度講，地址匯流排相當(dāng)于寬帶雜訊,，低地址位通常比較高的地址位具有更多的開關(guān)頻率,，所以這些都是較為重要的信號。

　　如果外部記憶體是唯讀或Flash記憶體,，資料匯流排由記憶體驅(qū)動,，即便記憶體是RAM，讀取周期也通常占主導(dǎo)地位,。因此,，資料匯流排的電磁輻射主要是決定于記憶體。

　　對于控制信號的電磁輻射,，是記憶體接口上最應(yīng)當(dāng)注意的部分,。最關(guān)鍵的信號是系統(tǒng)和/或記憶體的時(shí)鐘驅(qū)動器(SDRAM)，因?yàn)樗僧a(chǎn)生巨大的窄帶雜訊,，在啟動狀態(tài)下,，即使引腳是開路的，它的噪聲也是較大的(參見到 I/O埠串?dāng)_的說明),，因此無論任何地方,，時(shí)鐘驅(qū)動器都應(yīng)該被關(guān)掉。最后,，由于這些開關(guān)信號(RAS,、CAS、ASTB等)常常無規(guī)律的反復(fù)跳變,，所以它們是潛在的噪聲源,。

　　(4)I/O-ring上的通用埠

　　這些引腳的電磁輻射無法估計(jì)，由于這些引腳一般由用戶配置,。靜電或偶爾開關(guān)引腳應(yīng)不會造成重大的輻射,，而頻繁開關(guān)切換的引腳已被視為潛在噪音來源。重復(fù)的切換引腳由于其窄帶特性可能比非重復(fù)引腳包括較高的雜訊,，例如系統(tǒng)時(shí)鐘或CSI時(shí)鐘,，還有CSI資料輸出或CAN資料輸出,。

　　2、雜音傳播到非開關(guān)引腳

　　開關(guān)引腳是很明顯的噪聲源,，更糟糕的是,，它會對不相連的引腳產(chǎn)生輻射影響。

　　(1)控制器供電系統(tǒng)

　　供應(yīng)系統(tǒng)一般是由一個(gè)或多個(gè)電源引腳以及相對應(yīng)的地引腳組成,，MCU一般提供幾種隔離供電系統(tǒng),，不同的電源以及相對應(yīng)的地是彼此相互隔離的，每個(gè)供電系統(tǒng)必須至少有一個(gè)去耦電容,，在較寬的頻率范圍提供所需低阻抗電源,。

　　在MCU內(nèi)部，任何組件都直接或間接地連接到至少一個(gè)供電系統(tǒng)上,，這樣,，MCU內(nèi)部任何轉(zhuǎn)換都會引起電流流動。電流輻射是與電流流動的環(huán)路面積成正比的,，因此,，這些回路要設(shè)計(jì)盡可能小，在這?最佳示例是MCU與去耦電容之間的電流回路,。

　　任何電源都具有非0Ω的源阻抗,，特別是在頻率較高的情況下，導(dǎo)線電感阻抗變得很大時(shí),，因此脈沖電流會將紋波疊加到直流電源上以至引起輻射,，所以提供給MCU低阻抗的電源，可減少這種輻射,。