基于微控制器应用的EMC设计

一、引言

　　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。

　　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。

　　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。

　　图3∶MCU的石英振荡器引起的噪音