汽车电子MCU的抗EMI设计

随着集成威廉希尔官方网站 集成度的提高，越来越多的元件集成到芯片上，威廉希尔官方网站 功能变得复杂，工作电压也在降低。当一个或多个威廉希尔官方网站 里产生的信号或噪声与同一个芯片内另一个威廉希尔官方网站 的运行彼此干扰时，就产生了芯片内的EMC问题，最为常见的就是SSN(Simultaneous Switch Noise，同时开关噪声)和Crosstalk(串音)，它们都会给芯片正常工作带来影响。由于集成威廉希尔官方网站 通过高速脉冲数字信号进行工作，工作频率越高产生的电磁干扰频谱越宽，越容易引起对外辐射的电磁兼容方面问题。基于以上情况，集成威廉希尔官方网站 本身的电磁干扰(EMI)与抗扰度(EMS)问题已成为集成威廉希尔官方网站 设计与制造关注的课题。

集成威廉希尔官方网站 电磁兼容不仅涉及集成威廉希尔官方网站 电磁干扰与抗扰度的设计和测试方法，而且有必要与集成威廉希尔官方网站 的应用相结合。针对汽车电子领域来讲，将对整车级、零部件级的电磁兼容要求强制性标准，结合到集成威廉希尔官方网站 的设计中，才能使威廉希尔官方网站 更易于设计出符合标准的最终产品。作为电子控制系统里面最为关键的单元――微控制器(MCU)，其EMC性能的好坏直接影响各个模块与系统的控制功能。

本文在汽车电子MCU 中采用抗EMI的设计方法，依据IEC61967传导测试标准，对汽车电子MCU进行电磁干扰的测试。
 
汽车电子MCU设计方法

下面介绍在汽车电子MCU中使用的可行性设计方法以及其他几种抗EMI威廉希尔官方网站 。
 
时钟威廉希尔官方网站 设计

由于时钟威廉希尔官方网站 产生的时钟信号一般都是周期信号，其频谱是离散的，离散谱的能量集中在有限的频率上。又由于系统中各个部分的时钟信号通常由同一时钟分频、倍频得到，它们的谱线之间也是倍频关系，重叠起来进而增大辐射的幅值，因此说时钟威廉希尔官方网站 是一个非常大的污染源。

针对汽车电子MCU 数字前端设计，在抗EMI方面采用门控时钟的方法改进。任何时钟在不需要时都应关闭，减低工作时钟引起的电磁发射问题。根据A8128(汽车电子MCU的型号)芯片系统功能设计要求，采用Run、Idle、Stop和Debug四种工作模式，在每一种工作模式下针对系统时钟、外设模块时钟进行适当门控。此外，还有几种在时钟方面常见的抗EMI的设计方法，包括：

① 降低工作频率

MCU的工作时钟应该设定为满足性能要求所需的最低频率。从下面的测试结果可以看出，一个MCU的运行频率由80MHz变为10MHz，可以使频谱宽频范围内的干扰峰值产生几十dBμV 的衰减，而且能够有效的降低功耗。

② 异步设计

异步威廉希尔官方网站 工作没有锁定一个固有频率，电磁辐射大范围均匀分布而不会集中在特定的窄带频谱中。这一关键本质特征决定了即使异步威廉希尔官方网站 使用大量的有源门威廉希尔官方网站 ，它所产生的电磁发射也要比同步威廉希尔官方网站 小。

③ 扩展频谱

扩展频谱时钟是一项能够减小辐射测量值的技术，这种技术对时钟频率进行1%~2%的调制，扩散谐波分量，在CISPR16或FCC发射测试中峰值较低，但这并非真正减小瞬时发射功率。因此，对一些快速反应设备仍可能产生同样的干扰。扩展频谱时钟不能应用于要求严格的时间通信网络中，比如FDD、以太网、光纤等。

IO端口设计

在汽车电子MCU 的输入输出端口设计中，也加入了抗EMI方案，包括翻转速率(slew rate control)和驱动强度(drive strength)控制方法。通过在所有通用P口引入可配置的翻转速率和驱动强度寄存器，在需要的时候打开相应功能。翻转速率有打开和关闭两种选择，打开后能够有效地平缓上升沿或者下降沿，降低瞬态电流，进而控制芯片产生的电磁干扰强度。驱动强度有强驱动电流和弱驱动电流两种选择，在能够满足工作驱动强度的情况下，选择弱电流驱动会更好的控制电磁干扰现象。

另外，基于GSMC 180nm工艺库，选择具有施密特触发特性的IO，可以有效地平缓输入信号中带进来的尖峰或者噪声信号等，对芯片的电磁抗扰度有所帮助。

　　审核编辑：汤梓红