功率电感;汽车电子的EMC设计方案(下）

　　微控制器内部存在四种主要的噪声源：内部总线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；振荡器工作产生的噪声；开关电容负载产生的片上信号假象。

　　许多设计方法可以降低同步开关噪声（SSN）。穿透电流是SSN的一个主要来源，所有的时钟驱动器、总线驱动器以及输出管脚驱动器都可能受到这种效应的影响。这种效应发生在互补类型的反相器中，输出状态发生变化时p沟道晶体管和n沟道晶体管瞬间同时导通。确保在互补晶体管导通之前关断另一个晶体管就可以实现穿透电流最小，在大电流驱动器的设计中，这可能要求一个前置驱动器来控制该节点信号的转换率。

　　切断不需要使用模块的时钟也可以降低SSN。很明显，该技术同具体应用十分相关，应用该技术可以提高EMC性能。在类似摩托罗拉的MPC555和565这样高度集成的微控制器芯片中，所有芯片的外围模块都具有这样的功能。

　　SSN也会产生辐射干扰，瞬间的电源和地电流会通过器件管脚流向外部的去耦电容。如果该电路（包括邦定线、封装引线以及PCB线）形成的环路足够大，就会产生信号发射。而环路中的寄生功率电感会产生电压降，将进一步产生共模辐射干扰。

　　共模辐射电场E的强度由下面等式计算：

　　E = 1.26 x 10-6 Iw f l/d

　　E = 1.26 x 10-6 Iw f l/d

　　这里E的单位是伏特/米，Iw的单位是安培，f是单位为赫兹，l是路径长度，d是到该路径的距离，l和d的单位都是米。复杂设计中频率由特定的应用需求来确定，不可能降低，因此SoC设计工程师必须认真考虑如何通过降低Iw或l来降低电场强度。

　　处理好时钟域也能降低SSN。许多优秀的SoC设计都是同步电路，这样容易在时钟上下沿处产电感生很大的峰值电流。将时钟驱动器分布在整个芯片中，而不是采用一个大的驱动器，这样可以使瞬态电流分布开。另外一种可能的办法是确保时钟不互相重叠。当然必须小心避免由于时序不匹配而产生竞争。更重要的是，时钟信号应该在远离敏感的I/O逻辑信号，特别是模拟电路。

　　当前的复杂嵌入式MCU有许多输出信号，大多数输出信号都必须能够快速地响应电容负载。这些信号包括时钟、数据、地址和高频串行通信信号。对模压电感制作内部节点来说，穿透电流和容性负载都会产生噪声。应用同样的技术处理内部节点可以解决输出管脚驱动器电路噪声问题。另外，管脚上信号的快速变换会产生反射引起的输出信号线上的信号振铃和串扰。

　　将这种类型的噪声源减到最小有许多解决方案。输出驱动器可以设计成驱动强度可以控制，并且可以增加信号转换速率控制电路来限制di/dt。由于大多数器件测试设备同最终应用相比，测试节点电容更高，所以通常更愿意指定一个固定值来实现驱动强度的控制。例如，假定MPC5XX系列的MCU微控制器芯片的CLKOUT满驱动强度是一个90pF的负载，并且是专为测试目的而设定。除了因为时序而考虑满驱动强度外，最好使用降低的驱动强度。

　　上面介绍的技术对于降低噪声有积极的作用，由电感器工厂于瞬态电流包络延长，平均的电流实际上会增加。在芯片上实现一个LVDS物理层也可以减小由于输出管脚上大的瞬态电流产生的噪声，这种方式依靠差模电流源来驱动低阻抗的外部负载（图2）。电压的摆幅限制在±300mV范围内。

　　支持这种技术所需增加的管脚可以通过减少电源管脚来弥补，由于这种实现方式有效地降低了片上瞬态电流，因而输出驱动器通过电源基本上维持一个恒定的直流电流，而传统驱动器中的瞬态电流则会在电容性负载上产生大的电压摆幅。