ĐẢM BẢO TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG KỸ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH VÀ TRONG MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU

ĐẢM BẢO TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG KỸ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH VÀ TRONG MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU Ngày nay, nhờ sự phát triển chóng mặt của kỹ thuật và công nghệ, cuộc sống của con người ngày càng thoải mái và tiện nghi hơn với nồi cơm điện, ti vi, máy giặt, máy tính, laptop, điện thoại di động,..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐẢM BẢO TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

TRONG KỸ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH VÀ TRONG

MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU

Hướng dẫn khoa học: : PGS.TS Tăng Tấn ChiếnHọc: viên thực: hiện : Ngô Văn Đức: Lớp : Cao học: KTĐT K25Niên khóa : 2012 - 2014

Đà nẵng, tháng 11 năm 2013

Mở đầu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ 4

1.1 Khái niệm tương thích điện từ (EMC: Electromagnetic Compatibility) 4

1.2 Vấn đề tương thích điện từ ở nước ta 5

1.3 Biện pháp cải thiện tương thích điện từ 6

CHƯƠNG 2 TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG THIẾT KẾ MẠCH VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN 8 2.1 Linh kiện số và tương thích điện từ trong thiết kế mạch số 8

2.1.1 Lựa chọn linh kiện: 8

2.1.2 Vấn đề thu nhỏ mặt nạ IC 11

2.1.3 Đế cắm IC 12

2.1.4 Các kỹ thuật mạch 12

2.1.5 Spread-spectrum clocking 15

2.2 Linh kiện tương tự và tương thích điện từ trong thiết kế mạch tương tự 16

2.2.1 Lựa chọn thành phần tương tự 16

2.2.2 Ngăn chặn các vấn đề về giải điều chế 17

2.2.3 Các kỹ thuật mạch tương tự khác 19

2.3 Thiết kế mode chuyển mạch 22

2.3.1 Lựa chọn topology và thiết bị 22

2.3.2 Tinh chỉnh (Snubbing) 23

2.3.3 Tản nhiệt 24

2.3.4 Bộ chỉnh lưu 24

CHƯƠNG 3 TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU 26 3.1 Truyền tín hiệu trong môi trường phi kim loại 26

3.2 Kỹ thuật truyền tín hiệu trong môi trường kim loại 26

3.3 Cách ly quang học (Opto-isolation) 33

3.4 Bảo vệ mạch I/O bên ngoài 34

KẾT LUẬN 35

Tài liệu tham khảo 36

Mở đầu

Ngày nay, nhờ sự phát triển chóng mặt của kỹ thuật và công nghệ, cuộcsống của con người ngày càng thoải mái và tiện nghi hơn với nồi cơm điện, ti

vi, máy giặt, máy tính, laptop, điện thoại di động, Với sự bùng nổ công nghệ

vi điện tử, đặc biệt là công nghệ thiết kế và chế tạo các vi mạch tích hợp, cácsản phẩm trên ngày càng nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng hơn trong khi thiết bịngày càng thông minh hơn và tốc độ xử lý nhanh hơn Song song với sự pháttriển đó là rất nhiều thách thức đặt ra khi giảm kích thước của các linh kiện vàmột trong số đó chính là vấn đề tương thích điện từ

Tiểu luận này sẽ nghiên cứu vấn đề “Đảm bảo tương thích điện từ trong

kỹ thuật thiết kế mạch và trong môi trường truyền tín hiệu” Mặc dù đã rất cố

gắng, nhưng do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót, rấtmong nhận được nhiều ý kiến góp ý của Thầy và các bạn cùng lớp để tiểu luậnhoàn thiện hơn Tác giả xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ

1.1 Khái niệm tương thíc: h điện từ (EMC: Elec: tromagnetic: Compatibility)

Tương thích điện từ là thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thiết bị điện,điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong môi trường có sự hiệndiện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường xung quanhchúng tác động vào Để thực hiện được điều này, ta phải dùng những kỹ thuật

để tránh những hiệu ứng không mong muốn mà nhiễu có thể gây ra Nghiêncứu về tương thích điện từ là tìm các biện pháp kỹ thuật dùng để xử lý các đặctính trên

Tương thích điện từ được hiểu là:

- Không được gây ra nhiễu vượt quá mức độ cho phép đối với sự hoạtđộng bình thường của thiết bị vô tuyến điện tử khác

- Bản thân thiết bị đó phải làm việc bình thường khi các nguồn tín hiệukhác đã làm việc

* Có thể định nghĩa 3 kiểu cơ sở trong việc tác động qua lại giữa các hệ thống

- Hiệu ứng do thiết bị này sinh ra tác động lên thiết bị khác, hiện tượnggiao thoa bên trong cùng một hệ thống

- Hiệu ứng do môi trường xung quanh sinh ra tác động lên thiết bị

- Hiệu ứng do thiết bị sinh ra tác động lên môi trường

* Lĩnh vực tương thích điện từ bao gồm những vấn đề sau:

- Phân tích cơ học cho ra những hiệu ứng nhiễu

- Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc truyền dọc theo cácđường dây kim loại nối với các thiết bị

- Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ thống điện, điện tử, tinhọc

- Xác định các điều kiện đối với các kiểu ghép

- Đánh giá những hậu quả thực tế của nhiễu khi thiết bị vận hành

- Dự đoán những tình huống xảy ra nhiễu, trong đó một số thiết bị sẽkhông vận hành đúng theo chuẩn

- Sự lọc nhiễu tần số hoặc thời gian

- Những phương tiện cho phép các thiết bị hoạt động không bị ảnh hưởngcủa nhiễu

- Tổng hợp những thiết bị dễ bị ảnh hưởng của nhiễu

- Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị giới hạn có thể chấp nhậnđược đối với máy phát và máy thu

Như vậy mục đích của tương thích điện từ là mang lại sự tương thích vềhoạt động của một hệ thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nócũng như các hiện tượng nhiễu loạn có thể sinh ra từ hệ thống, một phần của hệthống hoặc bởi từ các nguồn bên ngoài Từ đó đưa ra cách xử lý vấn đề:

- Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu có thể gây ra bứcxạ

- Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ thống bị nhiễu

- Mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên và tìm các giải pháp kỹthuật bảo vệ

1.2 Vấn đề tương thíc: h điện từ ở nước: ta

Trong Pháp lệnh Bưu chính Viễn thông của nước Cộng hoà xã hội chủnghĩa Việt Nam ban hành ngày 07/06/2002, điều 69, mục 3 đã nói rõ về quản lýtương thích điện từ Nhà nước Việt Nam rất coi trọng việc sử dụng và quản lýtài nguyên tần phổ sóng điện từ trên con đường công nghiệp hoá và hiện đạihoá

Ở các nước phát triển, việc quản lý tương thích điện từ được quy định rõràng Các nhà sản xuất thiết bị điện và điện từ phải đảm bảo các sản phẩm của

họ thoả mãn những yêu cầu về tiêu chuẩn tương thích điện từ cho các sản phẩm

được xuất đi Đây là biểu thị trách nhiệm của nhà sản xuất đối với thị trường.Tại thị trường chung châu Âu EEC và EFTA, nếu một loại sản phẩm nào bị chêtrách về tiêu chí chất lượng tương thích điện từ thì sản phẩm đó bị loại khỏi thịtrường Để có sự chấp thuận phù hợp với tiêu chí tương thích điện từ, sản phẩmđược cơ quan có thẩm quyền kiểm nghiệm và cấp chứng chỉ về đo thử kiểmnghiệm có 2 nội dung:

- Đo thử sự phát xạ (emission): Thử sự phát xạ như sơ đồ hình 1.1a Sóngđiện từ do bản thân thiết bị cần đo thử qua dây cáp nối tín hiệu hoặc dâycấp nguồn bức xạ ra không gian Các nhiễu này thường là nhiễu liên tục

- Đo thử sự chống nhiễu (Immunity): Sơ đồ đo như hình 1.1b Trong đóthiết bị cần đo, chịu tác động có sóng chấn tử do một nguồn tạo sóngphát ra

Hình 1.1 Đo phát xạ và vượt nhiễuTrước kia, các quy định tương thích điện từ chỉ quan tâm đến sự phát xạđiện từ, vì nó là nguồn gốc gây ra các vấn đề nhiễu Tuy nhiên gần đây các ủyban quản lý về EMC chú ý tới hầu hết các vấn đề của tính chống nhiễu do cáchiện tượng quá độ dòng điện và điện áp, hiện tượng phóng điện tự nhiên (xungsét) Tuy nhiên, không có mức chính xác của “tính chống nhiễu” để cho biết là

bị hỏng hoặc vẫn bình thường

1.3 Biện pháp c: ải thiện tương thíc: h điện từ

Vấn đề tương thích điện từ đã được đặt ra từ đầu thế kỷ 20 Ngoài việctiếp tục chinh phục dải tần ngày càng cao như đã làm trong thời gian vừa qua,

hiện nay tương thích điện từ vẫn đặt ra cho chúng ta các bài toán cần tiếp tụcgiải quyết Đó là:

- Hoàn thiện phương pháp sử dụng một cách tiết kiệm các băng tần Người

ta thường áp dụng:

o Nâng cao độ ổn định tần số của nguồn phát xạ

o Giảm thiểu cường độ bức xạ ngoài băng và bức xạ phụ

- Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu mà nguồn có thểbức xạ Hoàn thiện phương pháp giảm nguồn nhiễu ngay tại nơi chúngxuất hiện Chúng ta cần tiếp tục:

o Cải thiện đặc tính các bộ lọc dùng thạch anh và ống dẫn sóng

o Bọc chắn trường điện từ và nối đất tốt

Ngoài ra bằng máy tính điện tử thành lập “phương pháp mô hình hoámôi trường điện từ” có xét tới các thiết bị điện từ cụ thể Máy tính có thể đưa

ra các tham số (có xét tới độ bất ổn định) của máy thu, máy phát và anten

Mô hình hoá có thể đưa ra các khuyến nghị giảm thiểu các tác động củanhiễu trên các thiết bị cụ thể

CHƯƠNG 2 TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG THIẾT KẾ MẠCH VÀ

LỰA CHỌN LINH KIỆN

Việc lựa chọn đúng các phần tử chủ động và thụ động, và dùng các kỹthuật thiết kế mạch tốt ngay từ đầu cho một thiết kế mới và dự án phát triển, sẽgiúp đạt được yêu cầu tương thích điện từ (EMC) một cách hiệu quả nhất, giảmchi phí, kích thước và trọng lượng của bộ lọc và che chắn cuối cùng

Những kỹ thuật này cũng cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu số và SNRtương tự, và có thể tiết kiệm ít nhất một lần lặp của phần cứng và phần mềm.Điều này sẽ giúp sản phẩm mới đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật Những kỹ thuậtEMC này được xem là một phần của lợi thế cạnh tranh của công ty

2.1 Linh kiện số và tương thíc: h điện từ trong thiết kế mạc: h số

2.1.1 Lựa chọn linh kiện:

Hầu hết các nhà sản xuất IC số có ít nhất một vùng glue-logic với độphát xạ thấp, và một vài phiên bản chip I/O cải thiện khả năng chống nhiễu vớiESD

Hình 2.1 Phổ của xung vuông lý tưởng 60Mhz

Các mạch số hầu như dùng xung vuông

Tốc độ xung clock càng nhanh, thì cạnh càng dốc, tần số và độ phát xạcác hài càng cao Vì vậy, luôn luôn chọn tốc độ xung clock chậm nhất mà vẫncho phép các sản phẩm đạt được đặc điểm kỹ thuật.

Chọn mạch tích hợp đảm bảo toàn vẹn tín hiệu và tính năng EMC, chẳng hạnnhư:

- Giảm thay đổi điện áp ngõ ra và điều khiển tốc độ đáp ứng: Giảm thay

đổi điện áp ngõ ra và điều khiển tốc độ đáp ứng để giảm dV/dt và dI/dtcủa các tín hiệu và có thể giảm độ phát xạ một vài dB Mặc dù các kỹthuật này cải thiện độ phát xạ, chúng có thể làm giảm khả năng miễndịch trong một số trường hợp, do đó, cần có sự thỏa hiệp

- Đường truyền tương thích với ngõ vào/ngõ ra: IC có ngõ ra tương thích

với đường truyền là cần thiết khi các tín hiệu tốc độ cao được gửi lên dâydẫn dài Ví dụ: bus driver có sẵn lái một tải 25W Nó sẽ lái 1 đườngtruyền 25W (ví dụ như RAMBUS), hoặc sẽ lái 2 đường 50W, 4 đường100W, 6 đường 150W (khi kết nối sao)

- Cân bằng tín hiệu: Cân bằng tín hiệu sử dụng các tín hiệu ± và không

sử dụng 0V như trở lại tín hiệu IC như vậy là rất hữu ích khi lái tín hiệutốc độ cao (ví dụ như đồng hồ 66MHz) bởi vì chúng giúp duy trì tínhtoàn vẹn tín hiệu và cũng có thể cải thiện đáng kể độ phát xạ chung và độvượt nhiễu

- Đường đất thấp: IC với đường đất thấp sẽ tốt cho tương thích điện từ

hơn

- Phát xạ mức thấp: Hầu hết các nhà sản xuất IC có vùng logic –glue với

độ phát xạ thấp Ví dụ ACQ và ACTQ (Advanced Configuration andPower Interface) có độ phát xạ thấp hơn so với AC và ACT Một sốVLSI trong phiên bản "EMC thân thiện", ví dụ như Philips có ít nhất hai

mô hình bộ vi xử lý 80C51 phát xạ ít hơn so với các sản phẩm 80C51của hãng khác đên 40dB

- Nên sử dụng họ logic không bão hòa: Họ logic không bão hòa được ưa

thích, bởi vì thời gian lên và xuống có xu hướng phẳng hơn và chứa sốlượng ít các hài bậc cao hơn logic bão hòa như TTL

- Mức độ vượt nhiễu đối với ESD (hiện tượng phóng tĩnh điện) và các hiện

tượng đáng lo ngại khác: Thiết bị truyền thông nối tiếp (ví dụ như

RS232, RS 485) sẵn có có mức độ vượt nhiễu cao đối với hiện tượngphóng tĩnh điện ESD và trên các chân của chúng Nếu hiệu suất vượtnhiễu của chúng không được chỉ rõ thì ít nhất cũng đạt tiêu chuẩn vàmức độ mà bạn cần cho sản phẩm

- Điện dung đầu vào thấp: Các thiết bị có điện dung đầu vào thấp giúp

giảm xảy ra dòng đỉnh khi trạng thái logic thay đổi, và do đó giảm phát

xạ từ trường và dòng trở lại mặt đất (hai nguyên nhân chính của phát xạ

kỹ thuật số)

- Năng lực drive ngõ ra không lớn hơn ứng dụng cần thiết: Dòng điều

khiển ngõ ra của ICs (đăc biệt bus driver) không nên lớn hơn cần thiết.Năng lực điều khiển tăng lên cũng có thể có nghĩa rằng các IC có thờigian lên và xuống nhanh hơn, dẫn đến vấn đề tăng đột biến của toàn vẹntín hiệu cũng như các cấp độ cao của phát xạ RF

Tất cả những điều trên phải đảm bảo tối thiểu hoặc tối đa (nếu thích hợp)các thông số kỹ thuật (hoặc ít nhất là thông số kỹ thuật điển hình) trongdatasheet

Các nhà cung cấp IC công nghệ cao có thể cung cấp hướng dẫn thiết kếEMC chi tiết, như Intel làm cho chip Pentium MMO của nó Tư vấn thiết

kế EMC chi tiết cho thấy các nhà sản xuất quan tâm đến nhu cầu thực sựcủa khách hàng, và đưa ra lời khuyên khi lựa chọn thiết bị

Hiện nay, một số FPGAs (và có thể IC) có khả năng lập trình tốc độquay, khả năng điều khiển đầu ra và / hoặc trở kháng đầu ra của tín hiệuđiều khiển Đặc điểm điều khiển có thể được điều chỉnh để cung cấp chotoàn vẹn tín hiệu tốt hơn hoặc thực hiện EMC và điều này giúp tiết kiệm

thời gian phát triển bằng cách giảm sự cần thiết thay thế IC, thay đổi các giátrị của các thành phần trên PCB, hoặc thay đổi cách bố trí PCB Trường hợpbiểu diễn EMC IC là chưa biết, lựa chọn đúng ở giai đoạn thiết kế ban đầu

có thể được thực hiện bởi EMC thử nghiệm một loạt tranh trong một mạchđơn giản chức năng tiêu chuẩn mà ít nhất là chạy đồng hồ của họ, tốt nhất làthực hiện các hoạt động trên tốc độ dữ liệu cao quá

Kiểm tra độ phát xạ có thể dễ dàng thực hiện trong một vài phút trên mộtbăng ghế thử nghiệm tiêu chuẩn với một đầu dò vòng từ trường đóng từ lĩnhvực kết nối với một máy phân tích quang phổ (hoặc một hiện sóng băngrộng) Kiểm tra độ vượt nhiễu có thể sử dụng cùng một đầu dò kết nối vớiđầu ra của một máy phát tín hiệu ( RF liên tục hoặc đột biến ) Đầu dò từtrường đóng cần phải được giữ gần như chạm vào các thiết bị, hoặc PCBsđược thăm dò Để xác định vị trí những "điểm nóng nhất" và định hướngthăm dò tối đa hóa đầu tiên chúng nên được quét trong một ma trận theochiều ngang và chiều dọc trên toàn bộ khu vực (tổ chức thăm dò ở nhữnghướng khác nhau 90o cho mỗi hướng), sau đó tập trung vào những khu vực

có mạnh tín hiệu

2.1.2 Vấn đề thu nhỏ mặt nạ IC

Một số họ IC có cùng số và nhà sản xuất có thể có hiệu suất EMC khácnhau Các nhà sản xuất bán dẫn luôn luôn cố gắng cải thiện yields họ nhận từmột wafer silicon, và một trong những cách để làm điều này là thu nhỏ mặt nạ

IC hơn Các mặt nạ IC có thể gây ra sự khác biệt đáng kể về hiệu suất EMC,bởi vì thiết bị nhỏ hơn có nghĩa là:

- Năng lượng hơn yêu cầu ít hơn (về điện áp, dòng , công suất hoặc chiphí) để điều khiển các transistor nội bộ, đồng nghĩa với độ vượt nhiễu ởmức thấp

- Lớp oxit mỏng hơn, có nghĩa là độ vượt nhiễu với thiệt hại từ hiện tượngphóng tĩnh điện ESD, tăng, hoặc quá áp

- Năng lượng nhiệt của các transistor nội thấp sẽ có tính nhạy cảm cao vớihiện tượng quá áp.

- Hoạt động của transistor nhanh hơn, có nghĩa mức độ phát xạ cao hơn vàtần số phát xạ cao hơn

Người sử dụng số lượng lớn thường có thể sắp xếp để có được cảnh báotrước của mặt nạ, do đó họ có thể mua đủ IC 'cũ' để giữ chúng trong sản xuấttrong khi họ tìm hiểu làm thế nào để giải quyết những thay đổi EMC từ mặt nạ

IC mới Có thể thực hiện kiểm tra hiệu suất EMC IC để xem liệu một họ mới

có hiệu suất EMC khác như thế nào, vì lý do gì Điều này giúp phát hiện ra vấn

đề sớm, và để tiết kiệm chi phí

2.1.3 Đế cắm IC

Đế cắm IC không tốt cho EMC, và bề mặt gắn chip được hàn trực tiếpđược ưa thích hơn IC nhỏ hơn có chiều dài giới hạn dây nhỏ hơn và lead frametốt hơn

Thường thì độ phát xạ và độ nhạy cảm của bộ nhớ non-volatile gắn trên

ổ cắm (hoặc, tệ hơn nữa, ổ cắm có chứa pin dự phòng) làm hỏng EMC của mộtthiết kế tốt Các IC khả trình tại chỗ có bộ nhớ non-volatile nên hàn trực tiếpvào PCB Bo mạch chủ với ổ cắm ZIF và đế tản nhiệt gắn lò xo cho bộ vi xử lýcủa nó (cho phép nâng cấp dễ dàng) đòi hỏi thêm chi phí lọc và che chắn

2.1.4 Các kỹ thuật mạch

- Sử dụng IC level detection cho đầu vào điều khiển và bấm phím.

Sử dụng IC level detection cho tất cả các đầu vào điều khiển và bấm phím

IC detection rất nhạy với nhiễu tần số cao ESD (Nếu tín hiệu điều khiển cầndùng tốc độ rất cao để chúng có thể sử dụng các thiết bị edge-detecting,chúng nên được xem xét EMC như đối với bất kỳ liên kết truyền thông tốc

độ cao khác.)

- Trên PCBs nguyên mẫu cho phép điều khiển tốc độ logic cạnh hoặc băng

thông (ví dụ như các điện trở nối tiếp, RC hoặc bộ lọc Tee ).

Nhiều sách dữ liệu IC không chỉ định tăng thời gian lên và xuống ở ngõ

ra (hoặc chỉ định thời gian tối đa cụ thể) Điều đó rất cần cần thiết để kiểmsoát các hài bậc cao không mong muốn, việc cung cấp để kiểm soát tốc độlogic cạnh hoặc băng thông được khuyến khích (ít nhất trên PCBs thửnghiệm)

Điện trở nối tiếp thường là cách tốt nhất để kiểm soát tốc độ cạnh và cáchài không mong muốn, mặc dù các bộ lọc Tee RCR cũng có thể được sửdụng và có thể kiểm soát các hài bậc cao tốt hơn khi dùng dây truyền tải

- Giữ điện dung tải thấp.

Điều này làm giảm dòng đột biến ở ngõ ra khi trạng thái logic thay đổi

và giúp giảm phát xạ trường điện từ, đường đất, điện áp đột biến giảmxuống trong mặt phẳng mặt đất và công suất cung cấp, tất cả các vấn đềquan trọng đối với EMC

- Giữ thiết bị tốc độ cao tránh xa các kết nối và dây điện.

Coupling (ví dụ như nhiễu xuyên âm) có thể xuất hiện giữa metallisation,dây nối, và khung chính bên trong một IC và dây dẫn khác gần đó Các điện

áp và dòng ghép có thể làm tăng đáng kể độ phát xạ CM ở tần số cao Vìvậy, giữ các thiết bị tốc độ cao xa tất cả các kết nối, dây dẫn, dây cáp, và vậtdẫn khác Ngoại lệ duy nhất là kết nối tốc độ cao dành riêng cho IC (ví dụnhư kết nối bo mạch chủ)

Khi một sản phẩm là lắp ráp xong, dây dẫn và dây cáp bên trong có thểnằm ở các vị trí khác nhau Phải đảm bảo rằng không có dây dẫn hoặc dâycáp nào nằm gần bất kỳ thiết bị tốc độ cao

Tản nhiệt là một ví dụ của vật dẫn, và rõ ràng không thể được đặt cách

xa IC, để làm mát IC Nhưng tản nhiệt có thể chịu ảnh hưởng của các tínhiệu ghép từ bên trong một vi mạch giống như bất kỳ dây dẫn khác Kỹthuật thông thường là cách ly các tản nhiệt từ IC bằng một dây dẫn nhiệt,sau đó 'nối đất' tản nhiệt cho ground plane với các kết nối rất ngắn

- Bắt buộc có một watchdog chất lượng tốt

Nhiễu thường xảy ra kéo dài trong hàng chục hoặc hàng trăm mili giây.Một watchdog được dùng để khởi động lại một bộ xử lý sẽ là không tốt nếu

nó cho phép bộ vi xử lý bị lỗi hoặc treo vĩnh viễn Vì vậy, watchdog tốtnhất là mạch không bền (không phải là mạch đơn ổn) để giữ thời gian timeout và reset lại bộ vi xử lý cho đến khi nó phát hiện việc khởi động lại thànhcông (Đừng quên rằng thời gian timeout của watchdog phải dài hơn thờigian khởi động lại của bộ vi xử lý)

- Việc giám sát điện áp chính xác là cần thiết (còn gọi là giám sát ‘sụt

áp').

Điện áp cung cấp giảm, sụt áp có thể làm giảm đường logic của DC dướimức điện áp cần thiết để logic IC vẫn hoạt động chính xác , dẫn đến hoạtđộng không chính xác và đôi khi làm hỏng dữ liệu các vùng bộ nhớ Vìvậy, việc giám sát điện áp chính xác là cần thiết để bảo vệ bộ nhớ và ngănchặn các hoạt động điều khiển sai lầm

Mạch thích hợp và kỹ thuật phần mềm cũng được yêu cầu cho việc giámsát điện áp và watchdog để chúng đối phó với hầu hết các tình huống, tùythuộc vào sản phẩm

- Xử lý không đồng bộ được khuyến khích.

Kỹ thuật không đồng bộ có độ phát xạ thấp hơn nhiều so với logic đồng bộ,

và cũng tiêu thụ điện năng thấp hơn nhiều ARM phát triển các bộ vi xử lýkhông đồng bộ trong nhiều năm, và các nhà sản xuất khác đang bắt đầu sảnxuất các sản phẩm không đồng bộ

Một trong những hạn chế của thiết kế IC không đồng bộ là thiếu cáccông cụ thiết kế phù hợp (ví dụ như phân tích thời gian) Nhưng ít nhất công

cụ thiết kế IC không đồng bộ bây giờ mang tính thương mại

Một số IC kỹ thuật số phát xạ mức cao từ chính bản thân của chúng, vàthường được che chắn bằng chính hộp kim loại nhỏ hàn vào PCB Che chắn

ở mức độ PCB có chi phí rất thấp, nhưng không phải lúc nào cũng có thể

được áp dụng cho các thiết bị nóng khi chạy và cần không khí lưu thông tựdo.

2.1.5 Spread-spectrum clocking

Cái gọi là "Spread-spectrum clocking" là một kỹ thuật gần đây để giảm

độ phát xạ đo được, mặc dù nó không thực sự làm giảm công suất phát xạ tứcthời vì vậy vẫn có thể gây ra nhiễu cùng cấp với một số thiết bị đáp ứng nhanh

Nó điều chỉnh tần số clock 1 hoặc 2% để truyền cho các hài và cung cấp chomột phép đo đỉnh thấp hơn trên các bài kiểm tra độ phát xạ CISPR16 hoặcFCC

Hình 2.2 Ví dụ về giảm phát xạ của Spread-spectrum clocking Tiếp tục tranh luận về những hiệu ứng có thể xảy ra của spread-spectrumclocking đối với IC số phức tạp với các nhà cung cấp tuyên bố không có vấn

đề và một số chuyên gia vẫn kêu gọi thận trọng, nhưng ít nhất một nhà sản xuất

bo mạch chủ máy tính chất lượng cao đang sử dụng kỹ thuật này như là tiêuchuẩn đối với sản phẩm mới

Spread-spectrum clocking không nên được sử dụng cho thông tin liên lạcquan trọng thời gian kết nối, chẳng hạn như Ethernet, kênh Fibre, FDDI, ATM,

SONET, và ADSL.

Hầu hết trong những vấn đề về độ phát xạ từ các mạch kỹ thuật số là dođồng bộ clock Kỹ thuật logic không đồng bộ (chẳng hạn như bộ vi xử lýAMULET được phát triển bởi nhóm của Giáo sư Steve Furber tại UMIST) sẽlàm giảm đáng kể tổng số độ phát xạ và cũng đạt được một sự trải phổ đúngthay vì phát xạ tập trung tại các hài clock hẹp

2.2 Linh kiện tương tự và tương thíc: h điện từ trong thiết kế mạc: h tương tự

2.2.1 Lựa chọn thành phần tương tự

Chọn các thành phần tương tự cho EMC là không đơn giản như cho cácthành phần số vì sự đa dạng của đầu ra định dạng sóng Tuy nhiên, như mộtquy luật chung cho độ phát xạ thấp trong các mạch tuần tự tấn số cao là: thayđổi điện áp, và khả năng lái dòng ở phía đầu ra nên được chọn theo những yêucầu tối thiểu để đạt được các chức năng (thiết bị và dung sai mạch, nhiệt độ,

Các batch hoặc các IC tương tự có mặt nạ thu nhỏ khác nhau có thể cóhiệu suất EMC khác biệt đáng kể cho cả hai độ phát xạ và độ vượt nhiễu Điềuquan trọng là để kiểm soát các vấn đề này bằng cách thiết kế, thử nghiệm, hoặcmua để đảm bảo tiếp tục những tuân thủ trong sản xuất hàng loạt, và một số kỹthuật phù hợp đã được mô tả trước đó (phần lựa chọn IC kỹ thuật số)

Các nhà sản xuất các phần tử tương tự nhạy hoặc tốc độ cao (và bộchuyển đổi dữ liệu) thường xuất bản EMC hoặc các chú thích về ứng dụng

SNR trong thiết kế mạch hoặc PCB layout Điều này cho thấy họ quan tâmcho các nhu cầu thực sự của khách hàng của họ, và có thể tư vấn khi thực hiệnmột quyết định mua hàng.

2.2.2 Ngăn chặn các vấn đề về giải điều chế

Hầu hết các vấn đề về vượt nhiễu với các thiết bị tương tự bị gây ra bởigiải điều chế RF

Opamps rất nhạy cảm với nhiễu RF trên tất cả các chân của chúng, bất kể

sơ đồ hồi tiếp nào được sử dụng( xem hình 2.3)

Hình 2.3 Giải điều chế xảy ra trong tất cả các bán dẫn

Các chất bán dẫn giải điều chế vô tuyến Giải điều chế là vấn đề phổ biếnhơn cho các mạch tương tự, nhưng có thể sản sinh ra nhiều hiệu ứng thảm họahơn trong các mạch kỹ thuật số (khi phần mềm bị hỏng)

Thậm chí opamps giải điều chế giao thoa tăng đến tần số di động Đểgiúp ngăn chặn giải điều chế, các mạch tương tự cần phải duy trì tuyến tính và

độ ổn định trong quá trình giao thoa Đây là vấn đề cụ thể cho các mạch hồitiếp Kiểm tra độ ổn định và tuyến tính của các mạch hồi tiếp bằng cách loại bỏtất cả tải đầu vào, đầu ra và các bộ lọc, sau đó chèn sóng vuông có cạnh nhanh

(thời gian lên <1ns ) vào trong các đầu vào (và có thể vào đầu ra và các nguồncung cấp điện, thông qua các tụ điện nhỏ) Biên độ tín hiệu kiểm tra được thiếtlập để cho đầu ra pk -pk là khoảng 30%, để chặn xén tín hiệu Tần số cơ bảncủa tín hiệu kiểm tra phải gần trung tâm của dải thông dự định của mạch.

Đầu ra của mạch được quan sát với một bộ dao động 100MHz (ít nhất)

và thăm dò tốc độ đáp ứng và quá áp, ngay cả khi đối với mạch audio Đối vớicác mạch tương tự tốc độ cao sử dụng một phạm vi nhanh thích hợp hơn thì cầncẩn thận sử dụng các kỹ thuật thăm dò tốc độ cao thích hợp

Hình 2.4 Opamps giải điều chế tần số vô tuyến rất tốt

Mạch hồi tiếp phải được điều chỉnh để tốc độ đáp ứng tối ưu nhất, quá ápthấp

Bất kỳ thời gian dài của chuông (dài hơn hai chu kỳ) hoặc các vụ nổ củadao động cũng chỉ ra sự bất ổn

Các lô IC khác nhau có thể có hiệu suất ổn định rất khác nhau, hầu hếtđược mô phỏng một cách dễ dàng bằng cách làm mát và sưởi ấm các thiết bịtheo thử nghiệm trên một phạm vi nhiệt độ rộng (-30 đến +1800C) và đảm bảomạch nhanh và ổn định vì nó có thể đạt được qua toàn bộ phạm vi nhiệt độ