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IC芯片对EMI设计的影响

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IC芯片对EMI设计的影响

发布日期:2017-08-29 作者: 点击:

在考虑EMI控制时,设计工程师及PCB板级设计工程师首先应该考虑IC芯片的选择。集成电路的某些特征如封装类型、偏置电压和芯片的工艺技术(例如CMOS、ECI)等都对电磁干扰有很大的影响。下面将着重探讨IC对EMI控制的影响。

集成电路EMI来源

PCB中集成电路EMI的来源主要有:数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间转换或者从逻辑低到逻辑高之间转换过程中,输出端产生的方波信号频率导致的EMI信号电压和信号电流电场和磁场芯片自身的电容和电感等。

集成电路芯片输出端产生的方波中包含频率范围宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量构成工程师所关心的EMI频率成分。最高EMI频率也称为EMI发射带宽,它是信号上升时间(而不是信号频率)的函数。

计算EMI发射带宽的公式为:F=0。35/TR

电路中的每一个电压值都对应一定的电流,同样每一个电流都存在对应的电压。当IC的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时,这些信号电压和信号电流就会产生电场和磁场,而这些电场和磁场的最高频率就是发射带宽。电场和磁场的强度以及对外辐射的百分比,不仅是信号上升时间的函数,同时也取决于对信号源到负载点之间信号通道上电容和电感的控制的好坏,因此,信号源位于PCB板的汇内部,而负载位于其他IC的内部,这些IC可能在PCB上,也可能不在该PCB上。为了有效地控制EMI,不仅需要关注自身的电容和电感,同样需要重视PCB上存在的电容和电感。

当信号电压与信号回路之间的结合不紧密时,电路的电容就会减小,因而对电场的抑制作用就会减弱,从而使EMI增大;电路中的电流也存在同样的情况,如果电流同返回路径之间结合不佳,势必加大加路上的电感,从而增强了磁场,最终导致EMI增加。这充分说明,对电场控制不佳通常也导致磁场抑制不佳。用来控制电路板中电磁场的措施与用来抑制IC封装中电磁场的措施大体相似。正如同PCB设计的情况,IC封装设计将极大地影响EMI。

电路中相当一部分电磁辐射是由电源总线中的电压瞬变造成的。当输出级发跳变并驱动相连的PCB线为逻辑“高”时,汇芯片将从电源中吸纳电流,提供输出极所需的能量。对于IC不断转换所产生的超高频电流而言,电源总线PCB上的去辊网络止于汇的输出极。如果输出极的信号上升时间为1.0NS,那么IC要在1.0NS这么短的时间内从电源上吸纳足够的电流来驱动PCB上的传输线。

由于IC管脚以及内部电路都是电源总线的一部分,而且吸纳电流和输出信号的时间也在一定程度上取决于工艺技术,因此选择合适的汇就可以在很大程度上控制上述公式中提到的三个要素。

封装特征在电磁干扰控制中的作用

IC封装通常包括硅基芯片、一个小型的内部PCB以及焊盘。硅基芯片安装在小型64PCB上,通过绑定线实现硅基芯片与焊盘之间的连接,在某些封装中也可以实现直接连接小型PCB实现硅基芯片上的信号和电源与汇封装上的对应管脚之间的连接,这样就实现了硅基芯片信号和电源节点的对外延伸。


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