汽车Soc系统电磁兼容设计与EMC标准

【Word版本下载可任意编辑】汽车Soc系统电磁兼容设计与EMC标准EME标准IEC61967：针对150kHz到1GHz范围的辐射型和传导型电磁发射的测量。

EMS标准IEC62132：针对150kHz到1GHz范围的电磁免疫性（抗电磁干扰性）的测量。

瞬态标准ISO7637：针对公路车辆引起的传导和耦合电气干扰的测量。

系统设计工程师如何才能确保其SoC及终模块满足上述标准的要求呢？传统的SPICE模型（以集成电路设计为重点的模拟电路仿真器）在此不管用，因为电磁场与基于SPICE的仿真环境不兼容。在IC设计层面，电磁场只能用电场来建模，因为，芯片和封装的尺寸比电磁信号的波长要小得多（1GHz信号的波长是30cm，远远大于IC的尺寸）。在此要注意的关键是辐射型发射和易感性不是IC的主要问题，印刷电路板和电缆上的有效天线才是引起传导型发射和易感性等主要问题的原因。

设计工程师要采取若干技术来确保EMC符合性，下面依次考察EME和EMS。

EM发射

EME（电磁发射）是由像天线一样的外部环路中的高频电流产生的，这样的高频电流包括：

--数字逻辑的开关，如DSP和时钟驱动器（同步逻辑生成包含许多高频成分的大量电流尖峰）;

--模拟电路的动作;

--数字I/O引脚的开关;

--将大电流尖峰传递到电路板和线束的大功率输出驱动器;

为了将这些因素的影响降低到，设计工程师应该尽可能采用低功率的电路，包括较低电压、自适应电源电压、在频域上扩谱时钟信号的架构。当数字系统中某些部分不工作的时候，要将其关闭以减少单时钟周期上的元件开关的数量。此外，通过把时钟和驱动信号的开关边沿斜率降低并提供软开关特性，也有助于减少EME。，设计工程师应该仔细设计外部和芯片的版图。例如，采用双绞线的差分输出信号产生的EME较低，且不易受EME的影响。VDD和VSS彼此之间接近和有效的电源去耦也是降低EME的简单技术。

EM易感性

整流/泵、寄生元件、电流、功耗太大是EMS（电磁易感性）的四个主要干扰效应。高频电磁功率被部分吸纳在IC之中，因此，可能会引起若干扰动。这些扰动包括将大的高频电压传入高阻抗节点及把大的高频电流传入低阻抗节点。

将EMS效应减少到的主要方法是把电路设计匀称，因而防止可能出现整流现象。采用差分电路拓扑和版图设计可以做到这一点。即使对于应用中需要小信号的传感器，能够处理较大共模信号的拓扑可能有助于保持系统在宽范围电磁信号内保持线性。通过滤波可以限制进入敏感器件的频率范围，这是另外一种常用的技术，特别是在可以采用片上滤波的时候。采取高共模抑制比（CMRR）和电源抑制比设计（PSRR）也将使电路免受整流干扰，并保持内部节点阻抗为低且所有敏感节点都在片上。，为了防止或控制寄生元件和电流，采用保护器件将大于所要求的EMS抑制电平的部分钳位掉是很重要的。该技术有助于防止整流干扰并维持保护电平与信号对称。把衬底电流控制在并把这些电流聚集在受控点中也是关键。

AMI公司提供的器件

许多设计工程师正在寻求混合信号半导体技术来为当今的汽车应用提供SoC方案，的高压混合信号技术特别适合于需要较高电压输出的设计，例如驱动电机或激励继电器，以便将模拟信号调理功能与复杂的数字处理结合起来。

至于高压和混合信号ASIC技术，AMI公司的I2T和I3T系列就是的例子。该设计处理的电压高达80V，基于0.35μmCMOS技术的I3T80在单芯片内集成了复杂的数字电路、嵌入式处理器、存储器、外围设备、高压功能和不同的接口。

AMIS采用混合信号技术和许多上述的EMC设计方法开发了针对汽车应用的一系列ASSP，包括AMIS-41682标准速度、AMIS-42665和AMIS-30660高速CAN收发器。对于要求CAN通信速率达1Mbps的12V和24V汽车及工业应用，这些器件为CAN控制器和物理总线之间提供了接口并简化设计和减少了元件数量。例如，AMIS-30660完全符合ISO11898-2标准，并通过CAN控制器的发送和接收引脚向CAN总线提供差分信令能力;该芯片为设计工程师提供了3.3V或5V逻辑电平接口的选择，确保兼容现有的应用及即将出现的低电压设计需求。仔细匹配输出信号，就可以省略化EME所需要的共模扼流圈，同时接收输入的宽共模电压范围（±35V）还可确保高的EMS性能。

电磁兼容设计的重要性