隨著(zhù)集成電路集成度的提高，越來(lái)越多的元件集成到芯片上，電路功能變得復雜，工作電壓也在降低。當一個(gè)或多個(gè)電路里產(chǎn)生的信號或噪聲與同一個(gè)芯片內另一個(gè)電路的運行彼此干擾時(shí)，就產(chǎn)生了芯片內的EMC問(wèn)題，最為常見(jiàn)的就是SSN(Simultaneous Switch Noise，同時(shí)開(kāi)關(guān)噪聲)和Crosstalk(串音)，它們都會(huì )給芯片正常工作帶來(lái)影響。由于集成電路通過(guò)高速脈沖數字信號進(jìn)行工作，工作頻率越高產(chǎn)生的電磁干擾頻譜越寬，越容易引起對外輻射的電磁兼容方面問(wèn)題�；�于以上情況，集成電路本身的電磁干擾(EMI)與抗擾度(EMS)問(wèn)題已成為集成電路設計與制造關(guān)注的課題。

集成電路電磁兼容不僅涉及集成電路電磁干擾與抗擾度的設計和測試方法，而且有必要與集成電路的應用相結合。針對汽車(chē)電子領(lǐng)域來(lái)講，將對整車(chē)級、零部件級的電磁兼容要求強制性標準，結合到集成電路的設計中，才能使電路更易于設計出符合標準的最終產(chǎn)品。作為電子控制系統里面最為關(guān)鍵的單元——微控制器(MCU)，其EMC性能的好壞直接影響各個(gè)模塊與系統的控制功能。

本文在汽車(chē)電子MCU 中采用抗EMI的設計方法，依據IEC61967傳導測試標準，對汽車(chē)電子MCU進(jìn)行電磁干擾的測試。
 
汽車(chē)電子MCU設計方法

下面介紹在汽車(chē)電子MCU中使用的可行性設計方法以及其他幾種抗EMI設計技術(shù)。
 
時(shí)鐘電路設計

由于時(shí)鐘電路產(chǎn)生的時(shí)鐘信號一般都是周期信號，其頻譜是離散的，離散譜的能量集中在有限的頻率上。又由于系統中各個(gè)部分的時(shí)鐘信號通常由同一時(shí)鐘分頻、倍頻得到，它們的譜線(xiàn)之間也是倍頻關(guān)系，重疊起來(lái)進(jìn)而增大輻射的幅值，因此說(shuō)時(shí)鐘電路是一個(gè)非常大的污染源。

針對汽車(chē)電子MCU 數字前端設計，在抗EMI方面采用門(mén)控時(shí)鐘的方法改進(jìn)。任何時(shí)鐘在不需要時(shí)都應關(guān)閉，減低工作時(shí)鐘引起的電磁發(fā)射問(wèn)題。根據A8128(汽車(chē)電子MCU的型號)芯片系統功能設計要求，采用Run、Idle、Stop和Debug四種工作模式，在每一種工作模式下針對系統時(shí)鐘、外設模塊時(shí)鐘進(jìn)行適當門(mén)控。此外，還有幾種在時(shí)鐘方面常見(jiàn)的抗EMI的設計方法，包括：

① 降低工作頻率

MCU的工作時(shí)鐘應該設定為滿(mǎn)足性能要求所需的最低頻率。從下面的測試結果可以看出，一個(gè)MCU的運行頻率由80MHz變?yōu)?0MHz，可以使頻譜寬頻范圍內的干擾峰值產(chǎn)生幾十dBμV 的衰減，而且能夠有效的降低功耗。

② 異步設計

異步電路工作沒(méi)有鎖定一個(gè)固有頻率，電磁輻射大范圍均勻分布而不會(huì )集中在特定的窄帶頻譜中。這一關(guān)鍵本質(zhì)特征決定了即使異步電路使用大量的有源門(mén)電路，它所產(chǎn)生的電磁發(fā)射也要比同步電路小。

③ 擴展頻譜

擴展頻譜時(shí)鐘是一項能夠減小輻射測量值的技術(shù)，這種技術(shù)對時(shí)鐘頻率進(jìn)行1%~2%的調制，擴散諧波分量，在CISPR16或FCC發(fā)射測試中峰值較低，但這并非真正減小瞬時(shí)發(fā)射功率。因此，對一些快速反應設備仍可能產(chǎn)生同樣的干擾。擴展頻譜時(shí)鐘不能應用于要求嚴格的時(shí)間通信網(wǎng)絡(luò )中，比如FDD、以太網(wǎng)、光纖等。

IO端口設計

在汽車(chē)電子MCU 的輸入輸出端口設計中，也加入了抗EMI方案，包括翻轉速率(slew rate control)和驅動(dòng)強度(drive strength)控制方法。通過(guò)在所有通用P口引入可配置的翻轉速率和驅動(dòng)強度寄存器，在需要的時(shí)候打開(kāi)相應功能。翻轉速率有打開(kāi)和關(guān)閉兩種選擇，打開(kāi)后能夠有效地平緩上升沿或者下降沿，降低瞬態(tài)電流，進(jìn)而控制芯片產(chǎn)生的電磁干擾強度。驅動(dòng)強度有強驅動(dòng)電流和弱驅動(dòng)電流兩種選擇，在能夠滿(mǎn)足工作驅動(dòng)強度的情況下，選擇弱電流驅動(dòng)會(huì )更好的控制電磁干擾現象。

另外，基于GSMC 180nm工藝庫，選擇具有施密特觸發(fā)特性的IO，可以有效地平緩輸入信號中帶進(jìn)來(lái)的尖峰或者噪聲信號等，對芯片的電磁抗擾度有所幫助。