第4讲 有源器件的选型

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1、第一层第一层 有源器件的选型和印制板设有源器件的选型和印制板设计计翟翟 丽丽北京理工大学电动车辆工程技术中心北京理工大学电动车辆工程技术中心 68915202 68915202 在进行电磁兼容设计时，可根据所采取的措施在实现电在进行电磁兼容设计时，可根据所采取的措施在实现电磁兼容时的重要性，分层依次进行设计。磁兼容时的重要性，分层依次进行设计。 第一层为有源器件的选型和印制板设计。第一层为有源器件的选型和印制板设计。 第二层为接地设计。第二层为接地设计。 第三层为屏蔽设计。第三层为屏蔽设计。 第四层为滤波设计和瞬态骚扰抑制第四层为滤波设计和瞬态骚扰抑制. 并且在每一层进行接地、屏蔽和滤波的综合

2、设计和软件抗并且在每一层进行接地、屏蔽和滤波的综合设计和软件抗骚扰。这称为骚扰。这称为“分层与综合设计法分层与综合设计法”。电磁兼容设计的方法电磁兼容设计的方法 产品产品EMC设计设计,需要在不同级别需要在不同级别上实现上实现.包括包括:元器件元器件,部件级部件级,PCB级级,模模块级块级,产品级产品级,集成系统级集成系统级. 解决元器件解决元器件,部件级部件级,PCB级的级的EMC问题问题,终究比解决模块级终究比解决模块级,产品级产品级,集成系统级更容易集成系统级更容易,更有效更有效,成本更低成本更低. 在电子设备或系统的在电子设备或系统的EMC设计中设计中,关键是有关键是有源器件的正确选型

3、和印制电路板源器件的正确选型和印制电路板(PCB)设计。设计。 它是分层与综合设计法的第一层。它是分层与综合设计法的第一层。 越接近越接近EMI源和敏感源源和敏感源,实现实现EMC所需成所需成本就越低本就越低,效果越好效果越好.芯片是主要的芯片是主要的EMI源和敏源和敏感源感源,深入了解这个机理深入了解这个机理,掌握芯片的封装类型掌握芯片的封装类型,偏置电压和工艺技术偏置电压和工艺技术,准确选择芯片准确选择芯片,是是EMC设计的首要步骤设计的首要步骤. 一、有源器件的敏感度特性与发射特性一、有源器件的敏感度特性与发射特性 1. 1. 电磁敏感度特性电磁敏感度特性 模拟器件的模拟器件的灵敏度灵敏

4、度和和带宽带宽是评价是评价电磁敏感度特性电磁敏感度特性最最 重要的参数，灵敏度越高，带宽越大，抗扰度越差重要的参数，灵敏度越高，带宽越大，抗扰度越差模拟器件模拟器件: 带内带内敏感度特性取决于敏感度特性取决于灵敏度和带宽灵敏度和带宽; 带外带外敏感度特性用敏感度特性用带外抑制特性表示带外抑制特性表示.逻辑器件逻辑器件: 带内带内敏感度特性敏感度特性 取决于取决于噪声容限噪声容限或或噪声噪声抗扰度抗扰度;噪声容限即叠加在输入信号上的噪声最大允许值噪声容限即叠加在输入信号上的噪声最大允许值， 带外带外敏感度特性用敏感度特性用带外抑制特性带外抑制特性表示表示.噪声抗扰度为：噪声抗扰度为：）（）典型输

5、出翻转电压（）直流噪声容限（噪声抗扰度%VV各种逻辑器件族单个门的典型特性各种逻辑器件族单个门的典型特性 集成电路电磁兼容试验标准集成电路电磁兼容试验标准: IEC61967 集成电路电磁发射集成电路电磁发射 IEC62132 集成电路电磁抗扰度集成电路电磁抗扰度 IEC62132标准：集成电路电磁抗扰度标准：集成电路电磁抗扰度 包括以下包括以下5部分：部分： 1， 通用条件和定义；通用条件和定义； 2，辐射抗扰度测量方法，辐射抗扰度测量方法-横电磁波室法（横电磁波室法（TEMCell）；）； 3，传导抗扰度测量方法，传导抗扰度测量方法-电流注入法（电流注入法（BCI）；）； 4，传导抗扰度测

6、量方法，传导抗扰度测量方法-直接激励注入法（直接激励注入法（DPI）；）； 5，传导抗扰度测量方法，传导抗扰度测量方法-WFC（Workbench Faraday Cage）法。）法。 2.2.电磁发射特性电磁发射特性 电子噪声主要来自设备内部的元器件。电子噪声主要来自设备内部的元器件。 包括热噪声、散弹噪声、包括热噪声、散弹噪声、1/f1/f噪声和天线噪声等噪声和天线噪声等 逻辑器件的电磁骚扰发射包括传导骚扰和辐射骚扰逻辑器件的电磁骚扰发射包括传导骚扰和辐射骚扰 * * 传导骚扰传导骚扰可通过电源线、信号线、接地线等可通过电源线、信号线、接地线等金属导线传输；金属导线传输； * * 辐射骚扰

7、辐射骚扰可由器件辐射或通过充当天线的互可由器件辐射或通过充当天线的互连线进行辐射。连线进行辐射。 l 辐射发射与辐射发射与f 2成正比成正比,传导发射与传导发射与 f 成正比成正比. 凡是有骚扰电流经过的导线都会产生辐射凡是有骚扰电流经过的导线都会产生辐射 发射发射 逻辑器件是一种骚扰发射较强的最常见逻辑器件是一种骚扰发射较强的最常见的宽带骚扰源的宽带骚扰源.器件翻转时间器件翻转时间 tr 越短，对应越短，对应逻辑脉冲所占频谱越宽。逻辑脉冲所占频谱越宽。 BW=1/ tr 实际辐射频率范围可能达到实际辐射频率范围可能达到BW的十倍的十倍以上以上. 在保证电路性能要求的前提下在保证电路性能要求的

8、前提下,应尽量选应尽量选用用tr长长,功耗低功耗低,集成度高的逻辑器件集成度高的逻辑器件.二、二、I 噪声电流和瞬态负载电流是传导骚扰噪声电流和瞬态负载电流是传导骚扰和辐射骚扰的初始源和辐射骚扰的初始源1. I 噪声电流的产生和危害 当数字集成电路在加电工作时，它内部的门电路将当数字集成电路在加电工作时，它内部的门电路将会发生会发生“0”和和“1”的变换。在变换的过程中，该门电路的变换。在变换的过程中，该门电路中的晶体管中的晶体管 将发生导通和截止状态的转换，会有电流从将发生导通和截止状态的转换，会有电流从所接电源流入门电路，或从门电路流入地线，这个变化所接电源流入门电路，或从门电路流入地线，

9、这个变化的电流就是的电流就是I噪声的初始源，亦称为噪声的初始源，亦称为I噪声电流。噪声电流。 由于电源线和地线存在一定的引线电感，电流的变由于电源线和地线存在一定的引线电感，电流的变化将通过感阻抗引起尖峰电压，并引发其电流电压的波化将通过感阻抗引起尖峰电压，并引发其电流电压的波动，这个电源电压的变化就是动，这个电源电压的变化就是I噪声电压，会引起误操噪声电压，会引起误操作作. I噪声电压和噪声电压和I噪声电流会产生电场和磁场噪声电流会产生电场和磁场,其最高其最高频率就是发射带宽频率就是发射带宽.所以所以,引线电感引线电感是产生传导骚扰和辐射是产生传导骚扰和辐射骚扰的根源。骚扰的根源。1、I噪声

10、电流噪声电流 在导通状态和截止状态转换期间在导通状态和截止状态转换期间(tr(tr期间期间),),会有大的电流涌动从电源流入门电会有大的电流涌动从电源流入门电路路, ,或由门电路流入地线或由门电路流入地线. .使电源线或地线使电源线或地线上的电流发生瞬变上的电流发生瞬变, ,这个瞬变电流即这个瞬变电流即I噪噪声电流。声电流。 设： I=4mA，tr=2ns, L=500nH(p47)则： 1 3 CS 2 4 L VnsmAnHdtLdiV124500/Vcc噪声电压不仅引起了传导和辐射发射，还造成电路的误噪声电压不仅引起了传导和辐射发射，还造成电路的误动作，要想减少噪声电压的幅度，需要减小地

11、线电感。动作，要想减少噪声电压的幅度，需要减小地线电感。 设驱动线对地电容与驱动门输入电容之和为设驱动线对地电容与驱动门输入电容之和为Cs，平，平时被充电，其值为电源电压。门时被充电，其值为电源电压。门1由高电位翻转为低电位时由高电位翻转为低电位时， 放电电流即：放电电流即： 当典型输出翻转电压为当典型输出翻转电压为3.5V，翻转时间为，翻转时间为3ns时，设时，设单面单面 板上驱动线长度为板上驱动线长度为5cm，门电路共，门电路共5个端口，每个端口个端口，每个端口输输 入电容为入电容为510-12 f/门，则瞬态负载电流为：门，则瞬态负载电流为： IL=（5cm0.3pF/cm+55pF/门