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资深网友谈单片机EMC设计的注意事项
恰当的输出驱动能力在给定负载规范,上升和下降时间,选择适当的输出的上升时间,最大限度地降低输出和内部驱动器的峰值电流是减小EMI的最重要的设计考虑因素之一。驱动能力不匹配或不控制输出电压变化率,可能会导致阻抗不匹配,更快的开关边沿,输出信号的上冲和下冲或电源和地弹噪声。
确定模块需求的负载、上升以及下降时间
设计单片机的输出驱动器,首先确定模块需求的负载,上升和下降的时间,输出电流待续,根据以上的信息驱动能力,控制电压摆率,使用单片机的可编程的输出口的驱动能力,满足模块实际负载要求。只有这样才能得到符合模块需求又能满足EMC要求。
驱动器能力比负载实际需要的充电速度高时,会产生的更高的边沿速率,这样会有两个缺点信号的谐波成分增加了与负载电容和寄生内部bonding线,IC封装,PCB电感一起,会造成信号的上冲和下冲。
选择合适的di/dt开关特性以及减少同步开关的峰值电流
选择合适的di/dt开关特性,可通过仔细选择驱动能力的大小和控制电压摆率来实现。最好的选择是使用一个与负载无关的恒定的电压摆率输出缓冲器。同样的预驱动器输出的电压摆率可以减少(即上升和下降时间可以增加),但是相应的传播延迟将增加,我们需要控制总的开关时间)。
可编程的输出口的驱动器的最简单是的并联的一对驱动器,他们的MOS的Rdson不能,能输出的电流能力也不相同。我们在测试和实际使用的时候可以选择不同的模式。实际上目前的单片机一般至少有两种模式可选择,有些甚至可以有三种(强,中等,弱)当时序约束有足够的余量的时候,通过降低输出能力来减缓内部时钟驱动的边沿。
减少同步开关的峰值电流,和di/dt,一个重要的考虑因素就是降低内部时钟驱动的能力(其实就是放大倍数,穿通电流与之相关型很大)。降低时钟边沿的电流,将显着改善EMI。当然这样做的缺点就是,由于时钟和负载的开通时间的变长使得单片机的平均电流可能增加。快速边沿和相对较高的峰值电流,时间更长边沿较慢的电流脉冲这两者需要做一个妥协。
晶振的内部驱动(反向器)最好不要超过实际的需求。这个问题,实际上前面也谈过了,当增益过大的时候会带来更大的干扰。
设计最小穿通电流的驱动器时钟
设计最小穿通电流的驱动器时钟,总线和输出驱动器应尽可能使得传统电流最小穿通电流【重叠电流,短路电流】,是从单片机在切换过程中,PMOS和NMOS同时导通时候,电源到地线的电流,穿通电流直接影响了EMI和功耗。
这个内容实际上是在单片机内部的,时钟,总线和输出驱动器,消除或减少穿通电流的方法是尽量先关闭一个FET,然后再开通一个FET。当电流较大时,需要额外的预驱动电路或电压摆率。
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