基于微控制器应用的EMC设计
一、引言
本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/150864.htm在概念上,电磁兼容性(EMC)包含系统本身的电磁敏感性(EMS)以及电磁杂音发射(EME)两个部分。EME描述的是器件在测试(DUT)的情况下是噪声源,而EMS描述的是器件在 DUT的情况下是噪声受害者。在大多数系统设计中,EMC变得越来越重要。如果设计的系统不干扰其它系统,也不受其它系统发射影响,并且不会干扰系统自身,那么所设计的系统就是电磁兼容的。
在电磁兼容设计中,“受害方”的概念通常指那些由于设计缺乏EMC考虑而受到影响的部件受害部件可能在基于MCU的PCB或者模组的内部,也可能是外部系统通常的受害部件是汽车免持钥匙入车(Keyless-Entry)模组中的宽带接收器或者是车库门开启装置接收器,由于接收到MCU发出的足够强的杂讯,这些模组中的接收器会误认为接收到了一个遥控信号。
从长远角度来看,电磁环境噪声在一个给定的空间内是增长的,如图1曲线所示,当在电子设备的抗干扰性高于电磁环境噪声任何点时,电子设备的功能都不将受影响,遗憾的是,现在电子系统大部分具有较高的工作频率和较低的电平开关门限(由于较低工作电源),防噪声能力逐渐下降,如图1中的曲线2。
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图1∶环境噪声长远发展趋势
二、MCU中存在的EMC
MCU一般包括通用型和专用型两类,大部分都采用了各种不同形式的EMC技术,其中在用户端无任何措施的情况下,有些技术是还是有效的,其它则需要适当的留心PCB设计。因此可以说,杂讯来源主要有两部分∶MCU的内部噪声,MCU传播到外面的噪声。
MCU内部存在四种主要的噪声源∶内部汇流排和节点同步开关产生的电源和地线上的电流;输出管脚信号的变换;振荡器工作产生的杂讯;开关电容负载产生的片上信号假像。根据经验,实际应用中高频率的窄带杂讯比宽带杂音能耗高,所以以下主要介绍窄带杂讯。
1、主要噪声源
除AD转换器、振荡器和I/Oring之外,所有内部逻辑被列为内核。典型的内核和外部引脚是没有关联的,但电源引脚除外。例如,在图2中内核包含CPU、锁相环、程序记忆体、RAM及周边器件包括CAN记忆体。 I/Oring包括带有埠缓冲的电源和地面通道系统以及保护电路。所以,大多数MCU的I/Oring电源和内核电源是分开的。
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图2∶典型的MCU布局
(1)振荡器
当涉及到时钟和窄带杂讯,大家自然而然地就会想到振荡器。图3显示了NEC公司典型MCU的石英振荡器信号X1和X2的措施。虽然信号不是完全的正弦波形,但比较接近。事实上,根据频谱分析仅能表示少数一些谐波。此外,和MCU的总功耗相比,振荡器的功耗是相当较低的,因此MCU的石英振荡器引起的噪音辐射相当低。然而,信号形状和其频谱可能大大有别于其它类型的振荡器,例如RC振荡器。
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图3∶MCU的石英振荡器引起的噪音
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