提高集成电路电磁兼容性的方法

李菁川

摘要

电磁兼容性是影响电磁性能的一种能力，而随着半导体技术的不断发展，集成电路的应用范围不断扩展在人们的生产和生活中占据重要的位置。集成电路相比较于一般的电路具有复杂性，最容易产生的电磁干扰的问题，这也对电磁的兼容性提出了更高的要求。基于此，本文将以电磁的兼容性及其基本的原理作为切入点，对集成电路的电磁兼容性问题进行深入研究并在此基础上提出提高集成电路电磁兼容性的方法，以期提高集成电路的应用水平。

【关键词】集成电路 电磁兼容性 电磁干扰

集成电路在20世纪40年代后期产生，到目前为止发展到了一个芯片上包含上亿晶体管的片上系统，其工作效率明显提升。随着电子设备及其功能发展的多样化，集成电路的电磁工作环境也更加复杂，其中电磁干扰是其面临的最突出的技术性问题，而通过电磁的兼容性技术可以较好地解决这个技术难题。

1电磁兼容性及其基本原理

1.1电磁兼容性的概念

电磁的兼容性是指设备或者是系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他的设备构成产生电磁干扰以影响设备使用的能力，也就是不同的设备系统呈现出互不干扰的兼容状态。电磁的兼容性一般从电磁干扰和电磁敏感度两个方面进行测量。其中，电磁干扰就是指任何能够终端、阻碍、降低或者是限制电子设备性能发挥的电磁能量，又根据不同的目标可以被分为传导干扰和辐射干扰、宽带干扰和窄带干扰等。而电磁的敏感度就是指在电磁干扰的情况下电子设备系统能够不被影响的能力，电磁抗扰性就是在产生电磁干扰下电子产品不降低性能的能力。一般来说，敏感度越高、抗干扰的能力越差。

在设备电磁兼容性中，一方面设备要具有抗电磁干扰的能力，另一方面也要能够抵御电磁干扰带来的不利影响。但是设备运转自身产生的电磁干扰应该保持在一定的范围之内。

1.2电磁兼容性的基本原理

电磁兼容性基本原理是以电磁干扰产生的原理为基础的，一般来说，电磁干扰产生于电磁干扰源、耦合路径和敏感设备三个方面。

电磁干扰源是电磁干扰组件在发挥功能的过程中必然会产生的问题，是客观存在的。耦合路径是指将干扰能量从干扰源传输到敏感设备的路径，耦合路径分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰通过导线将电磁干扰传输到敏感设备上，而辐射干扰则是通过大电量电流、平行导线等问题导致辐射现象产生从而引发的电磁干扰传输。敏感设备就是指在受到电磁干扰源发射的电磁能量时导致设备性能降低的设备或设备系统，一般数字电路中临近信号受到干扰的能力较高就是指电子设备的敏感度比较高。

因此从以上分分析中可以看出，消除电磁干扰、提高电磁兼容性能应该从这三个方面着手。

2集成电路的电磁兼容性分析

一般来说，集成电路是产生干扰的原因，也是受害者。而集成电路的电磁兼容可分为片内电磁兼容和片外电磁兼容两个方面。

2.1片内电磁兼容性问题

2.1.1串扰

无论是有意还是无意，当一个电路的电压或者是电流通过耦合路径传输到另一个电路中就会产生串扰的现象，具体来说就是信号或者是噪声对另一个信号产生的耦合。

在集成电路中通常有三种串扰机制：公共阻抗、电厂耦合和磁场耦合。在集成电路中，根据电路布线以及耦合机制产生来解决串扰是最根本的方法，同时还需要对电流和电压进行跟踪。例如电厂耦合需要根据其自身的高阻抗和高频率采取分离电路的方式隔离电路，降低电压。

2.1.2同步开关噪声

同步开关噪声是由于集成电路中各种电路都使用一个电源分布线产生的。电路从电源总线吸纳电流在总线上产生电压降，这就会影响与总线相连接的所有电路。

2.2片外电磁兼容性问题

片外电磁兼容性问题主要表现在传导耦合、电厂耦合、磁场耦合和辐射耦合四个方面。

传导耦合就是在集成电路通过封装引脚或者是引线造成的耦合；电厂耦合就是某个电压在经过某一个期间时引起另外两个外导体出现电压，从而产生的耦合；磁场耦合就是器件内包含高频电流环，能量通过磁场耦合出器件，电流环可能会连接到外部的电路环上；辐射场耦合是指电磁能量通过空间转移使得空间距离拉大，噪声耦合出集成电路并被其他的组件辐射出去从而形成辐射场耦合。

3集成电路电磁兼容性设计方法

集成电路电磁兼容性的设计方法不仅与集成电路自身的电磁发射与抗扰动测试有关，最重要的是要与集成电路的应用有关。因此可以将一些标准的电磁兼容性要求应用到集成电路本身的设计当中，从而降低集成电路的电磁干扰问题。具体来说，如果集成电路的设计不合理，那么高传输功率的集成电路产生的强大的电磁发射和传导发射会无法满足电磁兼容性的要求，因此，在设计时就需要集中考虑这些问题。

3.1降低集成电路电磁发射

集成电路的电磁发射效应的产生与电磁组件封装、开关门数、I/O口和数字同步模块等有关，因此集成电路电磁发射频率降低应该从这些方面着手进行，其中的核心就是要控制供电线路的阻抗。除了减小寄生电感、使用合适的电源等手段以外，还可以从以下几个方面进行：

（1）异步设计。通过控制信号的波形或者是拓展频谱来降低电路的电磁发射，或者是在集成电路的核心模块上采用异步设计，这样异步电磁辐射量就会小于同步电路。

（2）对外部和芯片的版图进行优化设计。例如在电路的外部或者是芯片上使用双绞线降低差分输出信号的电磁发射，且不会受到电磁发射的影响。

（3）直接在封装中使用电磁吸收材料，如使用铁氧体。

（4）增加大的嵌入电容，就是在哪些产生明显耦合作用的电源和环路上防止片上去耦电容，并在布线下链接上结电容，降低电磁的辐射。

（5）核心电路模块和I/O口分开、在电源线上增加小串联电阻等方法。

3.2提高集成电路抗干扰能力

提高集成电路的抗干扰能力就是降低电路的电磁敏感性，提高集成电路的抗干扰能力，首先，可以采用差分电路使电路的版图设计优化、电路分布匀称，避免整流现象产生。其次，通过滤波限制敏感器件的频率范围。第三，安装施密特触发器能降低电磁敏感性。第四，采取高共模抑制比和电源抑制比避免电路受到整流干扰。第五，采用保护器件将高于电磁兼容性的电平部分掐掉。第六，异步电路、增加片上电容。

4结论

综上所述，电磁干扰的来源于电磁干扰源、耦合路路径和敏感设备这三个方面，因此电磁的兼容性应该从这三个方面入手。根据集成电路的自身的性质分析，其电磁兼容性应该从片内电磁兼容和片外电磁兼容这两个方向上进行，而在实际的集合电路的设计中就需要特别注意的电磁发射和抗干扰能力这两个方面，以提高集成電路的综合使用效能。微电子行业中的集成电路兼容性问题是一个十分重要的问题，在未来的研究中，随着科学技术的不断进步，集成电路的电磁兼容性的技术水平还将会进一步提高。

参考文献

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