在考慮EMI控制時(shí),設(shè)計(jì)工程師及PCB板級(jí)設(shè)計(jì)工程師首先應(yīng)該考慮IC芯片的選擇。集成電路的某些特征如封裝類型、偏置電壓和芯片的工藝技術(shù)(例如CMOS、ECI)等都對(duì)電磁干擾有很大的影響。下面將著重探討IC對(duì)EMI控制的影響。
集成電路EMI來源
PCB中集成電路EMI的來源主要有:數(shù)字集成電路從邏輯高到邏輯低之間轉(zhuǎn)換或者從邏輯低到邏輯高之間轉(zhuǎn)換過程中,輸出端產(chǎn)生的方波信號(hào)頻率導(dǎo)致的EMI信號(hào)電壓和信號(hào)電流電場(chǎng)和磁場(chǎng)芯片自身的電容和電感等。
集成電路芯片輸出端產(chǎn)生的方波中包含頻率范圍寬廣的正弦諧波分量,這些正弦諧波分量構(gòu)成工程師所關(guān)心的EMI頻率成分。最高EMI頻率也稱為EMI發(fā)射帶寬,它是信號(hào)上升時(shí)間(而不是信號(hào)頻率)的函數(shù)。
計(jì)算EMI發(fā)射帶寬的公式為:F=0.35/TR
電路中的每一個(gè)電壓值都對(duì)應(yīng)一定的電流,同樣每一個(gè)電流都存在對(duì)應(yīng)的電壓。當(dāng)IC的輸出在邏輯高到邏輯低或者邏輯低到邏輯高之間變換時(shí),這些信號(hào)電壓和信號(hào)電流就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng),而這些電場(chǎng)和磁場(chǎng)的最高頻率就是發(fā)射帶寬。電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)度以及對(duì)外輻射的百分比,不僅是信號(hào)上升時(shí)間的函數(shù),同時(shí)也取決于對(duì)信號(hào)源到負(fù)載點(diǎn)之間信號(hào)通道上電容和電感的控制的好壞,因此,信號(hào)源位于PCB板的匯內(nèi)部,而負(fù)載位于其他IC的內(nèi)部,這些IC可能在PCB上,也可能不在該P(yáng)CB上。為了有效地控制EMI,不僅需要關(guān)注自身的電容和電感,同樣需要重視PCB上存在的電容和電感。
當(dāng)信號(hào)電壓與信號(hào)回路之間的結(jié)合不緊密時(shí),電路的電容就會(huì)減小,因而對(duì)電場(chǎng)的抑制作用就會(huì)減弱,從而使EMI增大;電路中的電流也存在同樣的情況,如果電流同返回路徑之間結(jié)合不佳,勢(shì)必加大加路上的電感,從而增強(qiáng)了磁場(chǎng),最終導(dǎo)致EMI增加。這充分說明,對(duì)電場(chǎng)控制不佳通常也導(dǎo)致磁場(chǎng)抑制不佳。用來控制電路板中電磁場(chǎng)的措施與用來抑制IC封裝中電磁場(chǎng)的措施大體相似。正如同PCB設(shè)計(jì)的情況,IC封裝設(shè)計(jì)將極大地影響EMI。
電路中相當(dāng)一部分電磁輻射是由電源總線中的電壓瞬變?cè)斐傻摹.?dāng)輸出級(jí)發(fā)跳變并驅(qū)動(dòng)相連的PCB線為邏輯“高”時(shí),匯芯片將從電源中吸納電流,提供輸出極所需的能量。對(duì)于IC不斷轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的超高頻電流而言,電源總線PCB上的去輥網(wǎng)絡(luò)止于匯的輸出極。如果輸出極的信號(hào)上升時(shí)間為1.0NS,那么IC要在1.0NS這么短的時(shí)間內(nèi)從電源上吸納足夠的電流來驅(qū)動(dòng)PCB上的傳輸線。
由于IC管腳以及內(nèi)部電路都是電源總線的一部分,而且吸納電流和輸出信號(hào)的時(shí)間也在一定程度上取決于工藝技術(shù),因此選擇合適的匯就可以在很大程度上控制上述公式中提到的三個(gè)要素。
封裝特征在電磁干擾控制中的作用
IC封裝通常包括硅基芯片、一個(gè)小型的內(nèi)部PCB以及焊盤。硅基芯片安裝在小型64PCB上,通過綁定線實(shí)現(xiàn)硅基芯片與焊盤之間的連接,在某些封裝中也可以實(shí)現(xiàn)直接連接小型PCB實(shí)現(xiàn)硅基芯片上的信號(hào)和電源與匯封裝上的對(duì)應(yīng)管腳之間的連接,這樣就實(shí)現(xiàn)了硅基芯片信號(hào)和電源節(jié)點(diǎn)的對(duì)外延伸。
信息來源:宗盛源