中心議題：

• 汽車內部電子噪聲源
• 汽車電子的EMC設計

解決方案：

• 增加Vss到基底或者Vdd到基底的電容能夠降低噪聲瞬態值
• 數字電路或者模擬電路通常都需要隔離源區
• 控製內部存在四種主要的噪聲源

汽車電子處於一個充滿噪聲的環境
，因此汽車電子必須具有優秀的電磁兼容(EMC)性能。而汽車電子的EMC設計中最主要的是微處理器的設計，作者將結合實際設計經驗
，分析噪聲的產生機理並提出消除噪聲的方法。

汽車電子常常工作環境很惡劣：環境溫度範圍為－40oC到125oC；振動和衝擊經常發生
；有很多噪聲源，如刮水器電動機、燃油泵
、火花點火線圈、空調起動器、交流發電機線纜連接的間歇切斷，以及某些無線電子設備，如手機和尋呼機等。

汽qi車che設she計ji中zhong一yi般ban都dou有you一yi個ge高gao度du集ji成cheng的de微wei控kong製zhi器qi
，該gai控kong製zhi器qi用yong來lai完wan成cheng大da量liang的de計ji算suan並bing實shi現xian有you關guan車che輛liang運yun行xing的de控kong製zhi，包bao括kuo引yin擎qing管guan理li和he製zhi動dong控kong製zhi等deng。汽qi車che電dian子zi設she計ji不bu僅jin需xu要yao在zai這zhe種zhong噪zao聲sheng環huan境jing中zhong實shi現xian對duiMCU的保護，同時也必須規範MCU模塊設計，確保MCU模塊發射的噪聲滿足相關的規範。

在概念上，電磁兼容性(EMC)包(bao)含(han)係(xi)統(tong)本(ben)身(shen)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)敏(min)感(gan)性(xing)以(yi)及(ji)噪(zao)聲(sheng)發(fa)射(she)兩(liang)個(ge)部(bu)分(fen)。噪(zao)聲(sheng)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)方(fang)式(shi)傳(chuan)播(bo)從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)，也(ye)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)芯(xin)片(pian)上(shang)或(huo)者(zhe)芯(xin)片(pian)外(wai)的(de)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)傳(chuan)導(dao)。

在大多數汽車控製係統設計中，EMC變(bian)得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)。如(ru)果(guo)設(she)計(ji)的(de)係(xi)統(tong)不(bu)幹(gan)擾(rao)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)
，也(ye)不(bu)受(shou)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)發(fa)射(she)影(ying)響(xiang)
，並(bing)且(qie)不(bu)會(hui)幹(gan)擾(rao)係(xi)統(tong)自(zi)身(shen)
，那(na)麼(me)所(suo)設(she)計(ji)的(de)係(xi)統(tong)就(jiu)是(shi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)的(de)。

在美國出售的任何電子設備和係統都必須符合聯邦通訊委員會(FCC)製定的EMC標準
，而美國主要的汽車製造商也都有自己的一套測試規範來製約其供應商。其它的汽車公司通常也都有各自的要求，如：
SAEJ1113(汽車器件電磁敏感性測試程序)給出了汽車器件推薦的測試級別以及測試程序。
SAEJ1338則提供關於整個汽車電磁敏感性如何測試的相關信息。
SAEJ1752/3和IEC61967的第二和第四部分是專用於IC發射測試的兩個標準。
歐洲也有自己的標準
，歐盟EMC指導規範89/336/EEC於1996年開始生效，從此歐洲汽車工業引入了一個新的EMC指導標準(95/54/EEC)。

檢查汽車對於電磁輻射的敏感性

，應該確保整個汽車在20到1000MHz的90％帶寬範圍內參考電平限製在24V/米的均方根值以內，在整個帶寬範圍以內的均方根值在20V/米以內。在測試過程中要試驗駕駛員對方向盤

、製動以及引擎速度的直接控製，而且不允許產生可能導致路麵上任何其他人混淆的異常，或者駕駛員對汽車直接控製的異常。

由於芯片幾何尺寸不斷減小
，以及時鍾速度的不斷增加都會導致器件發射超過500MHz的時鍾諧波，因此EMC設計非常重要。如摩托羅拉公司最新基於e500架構的微控製器MPC5500係列
，該芯片采用0.1微米工藝技術
，時鍾頻率為200MHz。
ciwai，chanpinchengbendeyaoqiuposhishengchanshangshejidianlubanshibushiyongdicengbingjinkenengjianshaoqijianshuliang，qicheshejigongchengshijiangmianduifeichangyangedeshejiyueshutiaozhan。shejidedianzixitongbixugaodukekao，jishiyibaiwanliangqichezhongyouyiliangcunzaiyigejiandandeguzhangdoushibuyunxude。meiyoukaolvEMC設計而召回所有汽車的事實證明這種做法不僅損失巨大

，而且影響汽車廠商的聲譽。

在電磁兼容設計中，“受害方”的概念通常指那些由於設計缺乏EMC考慮而受到影響的部件。受害部件可能在基於MCU的PCB或者模塊的內部，也可能是外部係統。通常的受害部件是汽車免持鑰匙入車(Keyless-Entry)模塊中的寬帶接收器或者是車庫門開啟裝置接收器，由於接收到MCU發出的足夠強的噪聲
，這些模塊中的接收器會誤認為接收到了一個遙控信號。

汽車收音機通常也是受害部件：MCU可能產生大量的FM波段諧波，嚴重降低聲音質量。分布在汽車中的其它模塊也可能受到類似的影響，基於MCU的模塊產生的發射噪聲經由線纜傳播出去，如果MCU產生足夠強的噪聲對文本和語音進行幹擾
，那麼無繩電話和尋呼機也容易受到幹擾。
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EMC設計

很多EMC設計技術都可以應用到電路板和SoC設計中。最具共性的部分就是傳輸線效應，以及布線和電源分布網絡上的寄生電阻、電容和電感效應。當然，SoC設計中存在許多與芯片自身相關的技術，涉及基底材料
、器件幾何尺寸和封裝等。

首(shou)先(xian)了(le)解(jie)傳(chuan)輸(shu)線(xian)效(xiao)應(ying)。如(ru)果(guo)發(fa)送(song)器(qi)和(he)接(jie)收(shou)器(qi)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)阻(zu)抗(kang)不(bu)匹(pi)配(pei)，信(xin)號(hao)將(jiang)產(chan)生(sheng)反(fan)射(she)並(bing)且(qie)導(dao)致(zhi)電(dian)壓(ya)振(zhen)鈴(ling)現(xian)象(xiang)
，因(yin)而(er)降(jiang)低(di)噪(zao)聲(sheng)容(rong)限(xian)，增(zeng)加(jia)信(xin)號(hao)串(chuan)擾(rao)並(bing)通(tong)過(guo)容(rong)性(xing)耦(ou)合(he)對(dui)外(wai)產(chan)生(sheng)信(xin)號(hao)發(fa)射(she)幹(gan)擾(rao)。IC上shang的de傳chuan輸shu線xian尺chi寸cun通tong常chang非fei常chang小xiao，因yin此ci不bu會hui發fa射she噪zao聲sheng或huo者zhe受shou到dao輻fu射she噪zao聲sheng的de影ying響xiang，而er電dian路lu板ban上shang的de傳chuan輸shu線xian尺chi寸cun通tong常chang比bi較jiao大da，容rong易yi產chan生sheng這zhe種zhong問wen題ti，最zui常chang用yong的de解jie決jue辦ban法fa是shi使shi用yong串chuan聯lian終zhong結jie器qi。

在SoC設計中，噪聲主要通過寄生電阻和電容來傳導，而不是以電磁場的方式輻射。CMOS芯xin片pian通tong過guo一yi種zhong外wai延yan工gong藝yi實shi現xian極ji低di電dian阻zu基ji底di的de方fang法fa來lai增zeng強qiang抗kang閉bi鎖suo的de能neng力li，而er基ji底di的de底di側ce為wei基ji底di噪zao聲sheng提ti供gong了le一yi種zhong有you效xiao的de傳chuan導dao路lu徑jing，使shi得de很hen難nan將jiang噪zao聲sheng源yuan同tong敏min感gan節jie點dian在zai電dian氣qi上shang分fen隔ge開kai來lai。

許多並行的p＋基底觸點(contact)為阻性耦合噪聲提供了一個低阻抗路徑。在n阱和p溝道晶體管p基底的側壁以及底部之間會形成寄生電容，因而產生容性耦合噪聲，並且在n溝道晶體管的基底和源區之間形成pn結(見圖1)。

單個pn結電容非常小
，在一個VLSI的SoCshejizhongbingxingdedianrongzonghetongchangshijigenafa
，zailianjiedaodianyuanwangluozhiqianjiangyuanquhejidizhijielianjiekeyiduanludiaozhegedianrong。zhezhongjishuhaixiaochulejinrujidideshunshifudianliuerdaozhidetixiaoying(bodyeffect)。體效應會增加耗盡區
，並導致晶體管的Vt變高。同樣的技術也可以應用於n阱p溝道晶體管，以減小容性耦合噪聲。

然而
，包含層疊晶體管的數字電路或者模擬電路通常都需要隔離源區。在這種情況下，增加Vss到基底或者Vdd到dao基ji底di的de電dian容rong能neng夠gou降jiang低di噪zao聲sheng瞬shun態tai值zhi。對dui模mo擬ni電dian路lu設she計ji來lai說shuo，體ti效xiao應ying通tong過guo改gai變bian偏pian置zhi電dian流liu和he信xin號hao帶dai寬kuan降jiang低di了le電dian路lu性xing能neng
，因yin此ci需xu要yao使shi用yong其qi它ta解jie決jue辦ban法fa
，如ru阱jing隔ge離li。對dui數shu字zi電dian路lu，采cai用yong單dan一yi的de阱jing最zui理li想xiang，可ke以yi降jiang低di芯xin片pian麵mian積ji。通tong過guo認ren真zhen的de設she計ji可ke以yi對dui體ti效xiao應ying進jin行xing補bu償chang。

基底噪聲的另一個來源是碰撞離化(impact-ionization)電流
，該噪聲跟工藝技術有關
，當NMOS晶體管達到夾斷(pinch-off)電壓時就會出現這種情況。碰撞離化會在基底產生空穴電流(正的瞬間電流)。

通常
，基底噪聲的頻率範圍可能高達1GHz

，yincibixukaolvqufuxiaoying。qufuxiaoyingshizhidaotishangsuizheshendudezengjiaganyingxishuzengda，zaidaotidezhongxinweizhidadaozuidazhi。qufuxiaoyinghuidaozhipianshangxinhaodeshuaijianyijixinhaozaixinpianp＋基底層的失真。為最大程度減小趨膚效應
，要求基底厚度小於150微米
，該尺寸遠遠小於某些基底允許的最小機械厚度，然而更薄的基底更易碎。

噪聲源

微控製器內部存在四種主要的噪聲源：內部總線和節點同步開關產生的電源和地線上的電流；輸出管腳信號的變換；振蕩器工作產生的噪聲
；開關電容負載產生的片上信號假象。

許多設計方法可以降低同步開關噪聲(SSN)。穿透電流是SSN的一個主要來源，所有的時鍾驅動器、總線驅動器以及輸出管腳驅動器都可能受到這種效應的影響。這種效應發生在互補類型的反相器中，輸出狀態發生變化時p溝道晶體管和ngoudaojingtiguanshunjiantongshidaotong。quebaozaihubujingtiguandaotongzhiqianguanduanlingyigejingtiguanjiukeyishixianchuantoudianliuzuixiao，zaidadianliuqudongqideshejizhong，zhekenengyaoqiuyigeqianzhiqudongqilaikongzhigaijiedianxinhaodezhuanhuanlv。

切斷不需要使用模塊的時鍾也可以降低SSN。很明顯，該技術同具體應用十分相關，應用該技術可以提高EMC性能。在類似摩托羅拉的MPC555和565這樣高度集成的微控製器芯片中，所有芯片的外圍模塊都具有這樣的功能。