![混合集成電路EMC的設(shè)計_第1頁](http://file3.renrendoc.com/fileroot_temp3/2022-1/8/fa8c16da-11f9-473a-9048-a65753dc0694/fa8c16da-11f9-473a-9048-a65753dc06941.gif)
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1、混合集成電路emc的設(shè)計 本文具體闡述了混合電磁干擾產(chǎn)生的緣由,并結(jié)合混合集成的工藝特點提出了系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計中應(yīng)注重的問題和實行的詳細措施,為提高混合集成電 路的電磁兼容性奠定了基礎(chǔ)。 1引言混合集成電路(hybrid integrated circuit)是由集成工藝與厚(薄)膜工藝結(jié)合而制成的集成電路?;旌霞呻娐肥窃诨嫌贸赡まk法制作厚膜或薄膜元件及其互連線,并在同一基片上將分立的半導(dǎo)體芯片、單片集成電路或微型元件混合組裝,再外加封裝而成。具有組裝密度大、牢靠性高、電性能好等特點。隨著電路板尺寸變小、布線密度加大以及工作頻率的不斷提高,電路中的電磁干擾現(xiàn)象也越來越突出,電磁兼容問題也
2、就成為一個系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。電路板的電磁兼容設(shè)計成為系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。2電磁兼容原理電磁兼容是指電子設(shè)備和電源在一定的電磁干擾環(huán)境下正常牢靠工作的能力,同時也是電子設(shè)備和電源限制自身產(chǎn)生電磁干擾和避開干擾周圍其它電子設(shè)備的能力。任何一個電磁干擾的發(fā)生必需具備三個基本條件:首先要具備干擾源,也就是產(chǎn)生有害電磁場的裝置或設(shè)備;第二是要具有傳揚干擾的途徑,通常認為有兩種方式:傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式,第三是要有易受干擾的敏感設(shè)備。因此,解決電磁兼容性問題應(yīng)針對電磁干擾的三要素,逐一舉行解決:減小干擾發(fā)生元件的干擾強度;切斷干擾的傳揚途徑;降低系統(tǒng)對干擾的敏感程度?;旌霞呻娐吩O(shè)計中存在的電磁干
3、擾有:傳導(dǎo)干擾、串音干擾以及輻射干擾。在解決emi問題時,首先應(yīng)確定放射源的耦合途徑是傳導(dǎo)的、輻射的,還是串音。假如一個高幅度的瞬變或迅速升高的浮現(xiàn)在逼近載有信號的導(dǎo)體附近,電磁干擾的問題主要是串音。假如干擾源和敏感器件之間有完整的電路銜接,則是傳導(dǎo)干擾。而在兩根傳輸高頻信號的平行導(dǎo)線之間則會產(chǎn)生輻射干擾。3電磁兼容設(shè)計在混合集成電路電磁兼容性設(shè)計時首先要做功能性檢驗,在計劃已確定的電路中檢驗電磁兼容性指標能否滿足要求,若不滿足就要修改參數(shù)來達到指標,如放射功率、工作頻率、重新挑選器件等。第二是做防護性設(shè)計,包括濾波、屏蔽、接地與搭接設(shè)計等。第三是做布局的調(diào)節(jié)性設(shè)計,包括總體布局的檢驗,元器件
4、及導(dǎo)線的布局檢驗等。通常,電路的電磁兼容性設(shè)計包括:工藝和部件的挑選、電路布局及導(dǎo)線的布設(shè)等。3.1工藝和部件的選取混合集成電路有三種創(chuàng)造工藝可供挑選,單層薄膜、多層厚膜和多層共燒厚膜。薄膜工藝能夠生產(chǎn)高密度混合電路所需的小尺寸、低功率和高電流密度的元器件,具有高質(zhì)量、穩(wěn)定、牢靠和靈便的特點,適合于高速高頻和高封裝密度的電路中。但只能做單層布線且成本較高。多層厚膜工藝能夠以較低的成本創(chuàng)造多層互連電路, 從電磁兼容的角度來說,多層布線可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。由于可以設(shè)置特地的電源層和地層,使信號與地線之間的距離僅為層間距離。這樣,板上全部信號的回路面積就可以降至最小,從
5、而有效減小差模輻射。其中多層共燒厚膜工藝具有更多的優(yōu)點,是目前無源集成的主流技術(shù)。它可以實現(xiàn)更多層的布線,易于內(nèi)埋元器件,提高組裝密度,具有良好的高頻特性和高速傳輸特性。此外,與薄膜技術(shù)具有良好的兼容性,二者結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層電路?;旌想娐分械挠性雌骷胀ㄟx用裸芯片,沒有裸芯片時可選用相應(yīng)的封裝好的芯片,為得到最好的特性,盡量選用表貼式芯片。挑選芯片時在滿足產(chǎn)品技術(shù)指標的前提下,盡量選用低速時鐘。在hc能用時絕不用法ac,4000能行就不用hc。應(yīng)具有低的等效串聯(lián),這樣可以避開對信號造成大的衰減?;旌想娐返姆庋b可采納可伐金屬的底座和殼蓋,平行縫焊,具有很好的屏蔽作用。3
6、.2電路的布局在舉行混合微電路的布局劃分時,首先要考慮三個主要因素:輸入/輸出引腳的個數(shù),器件密度和功耗。一個有用的規(guī)章是片狀元件所占面積為基片的20%,每平方英寸耗散功率不大于2w。在器件布置方面,原則上應(yīng)將互相有關(guān)的器件盡量逼近,將數(shù)字電路、及電源電路分離放置,將高頻電路與低頻電路分開。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠離規(guī)律電路。對時鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應(yīng)單獨支配,遠離敏感電路。輸入輸出芯片要位于臨近混合電路封裝的i/o出口處。高頻元器件盡可能縮短連線,以削減分布參數(shù)和互相間的電磁干擾,易受干擾元器件不能互相離得太近,輸入輸出盡量遠離。震蕩器盡可能逼近用法時
7、鐘芯片的位置,并遠離信號接口和低電平信號芯片。元器件要與基片的一邊平行或垂直,盡可能使元器件平行羅列,這樣不僅會減小元器件之間的分布參數(shù),也符合混合電路的創(chuàng)造工藝,易于生產(chǎn)。在混合電路基片上電源和接地的引出焊盤應(yīng)對稱布置,最好勻稱地分布許多電源和接地的i/o銜接。裸芯片的貼裝區(qū)銜接到最負的電位平面。在選用多層混合電路時,電路板的層間支配隨著詳細電路轉(zhuǎn)變,但普通具有以下特征。(1)布線層應(yīng)盡量支配與電源或地平面相鄰以產(chǎn)生通量對消作用。(2)電源和地層分配在內(nèi)層,可視為屏蔽層,可以很好地抑制電路板上固有的共模rf干擾,減小高頻電源的分布阻抗。(3)板內(nèi)電源平面和地平面盡量互相鄰近,普通地平面在電源
8、平面之上,這樣可以利用層間電容作為電源的平滑電容,同時接地平面向電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。3.3導(dǎo)線的布局在電路設(shè)計中,往往只注意提高布線密度,或追求布局勻稱,忽略了線路布局對預(yù)防干擾的影響,使大量的信號輻射到空間形成干擾,可能會導(dǎo)致更多的電磁兼容問題。因此,良好的布線是打算設(shè)計勝利的關(guān)鍵。3.3.1地線的布局地線不僅是電路工作的電位參考點,還可以作為信號的低阻抗回路。地線上較頻繁的干擾就是地環(huán)路電流導(dǎo)致的地環(huán)路干擾。解決好這一類干擾問題,就等于解決了大部分的電磁兼容問題。、地線上的噪音主要對數(shù)字電路的地電平造成影響,而數(shù)字電路輸出低電平常,對地線的噪聲更為敏感。地線上的干擾不僅可能
9、引起電路的誤動作,還會造成傳導(dǎo)和輻射放射。因此,減小這些干擾的重點就在于盡可能地減小地線的阻抗(對于數(shù)字電路,減小地線尤為重要)。地線的布局要注重以下幾點:(1板上裝有多個芯片時,地線上會浮現(xiàn)較大的電位差,應(yīng)把地線設(shè)計成封閉環(huán)路,提高電路的噪聲容限。(2)同時具有模擬和數(shù)字功能的電路板,模擬地和數(shù)字地通常是分別的,只在電源處銜接。(3)按照不同的電源電壓,數(shù)字電路和模擬電路分離設(shè)置地線。(4)公共地線盡可能加粗。在采納多層厚膜工藝時,可特地設(shè)置地線面,這樣有助于減小環(huán)路面積,同時也降低了接受天線的效率。并且可作為信號線的屏蔽體。(5)應(yīng)避開梳狀地線,這種結(jié)構(gòu)使信號回流環(huán)路很大,會增強輻射和敏感
10、度,并且芯片之間的公共阻抗也可能造成電路的誤操作。3.3.2電源線的布局普通而言,除挺直由電磁輻射引起的干擾外,經(jīng)由電源線引起的電磁干擾最為常見。因此電源線的布局也很重要,通常應(yīng)遵守以下規(guī)章。(1)芯片的電源引腳和地線引腳之間應(yīng)舉行去耦。去耦電容采納0.01uf的片式電容,應(yīng)貼近芯片安裝,使去耦電容的回路面積盡可能減小。(2)選用貼片式芯片時,盡量選用電源引腳與地引腳靠得較近的芯片,可以進一步減小去耦電容的供電回路面積,有利于實現(xiàn)電磁兼容。(3)電源線盡可能逼近地線以減小供電環(huán)路面積,差模輻射小,有助于減小電路交擾。不同電源的供電環(huán)路不要互相重疊。(4)采納多層工藝時,模擬電源和數(shù)字電源分開,
11、避開互相干擾。不要把數(shù)字電源與模擬電源重疊放置,否則就會產(chǎn)生耦合電容,破壞分別度。(5)電源平面與地平面可采納徹低介質(zhì)隔離,頻率和速度很高時,應(yīng)選用低介電常數(shù)的介質(zhì)漿料。電源平面應(yīng)逼近接地平面,并支配在接地平面之下,對電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。3.3.3信號線的布局在用法單層薄膜工藝時,一個簡便適用的辦法是先布好地線,然后將關(guān)鍵信號,如高速時鐘信號或敏感電路逼近它們的地回路布置,最后對其它電路布線。信號線的布置最好按照信號的流向挨次支配,使電路板上的信號走向流暢。假如要把emi減到最小,就讓信號線盡量逼近與它構(gòu)成的回流信號線,使回路面積盡可能小,以免發(fā)生輻射干擾。低電平信號通道不能逼
12、近高電平信號通道和無濾波的電源線,對噪聲敏感的布線不要與大電流、高速開關(guān)線平行。假如可能,把全部關(guān)鍵走線都布置成帶狀線。不相容的信號線(數(shù)字與模擬、高速與低速、大電流與小電流、高電壓與低電壓等)應(yīng)互相遠離,不要平行走線。信號間的串?dāng)_對相鄰平行走線的長度和走線間距極其敏感,所以盡量使高速信號線與其它平行信號線間距拉大且平行長度縮小。導(dǎo)帶的電感與其長度和長度的對數(shù)成正比,與其寬度的對數(shù)成反比。因此,導(dǎo)帶要盡可能短,同一元件的各條地址線或數(shù)據(jù)線盡可能保持長度全都,作為電路輸入輸出的導(dǎo)線盡量避開相鄰平行,最好在之間加接地線,可有效抑制串?dāng)_。低速信號的布線密度可以相對大些,高速信號的布線密度應(yīng)盡量小。在
13、多層厚膜工藝中,除了遵守單層布線的規(guī)章外還應(yīng)注重:盡量設(shè)計單獨的地線面,信號層支配與地層相鄰。不能用法時,必需在高頻或敏感電路的鄰近設(shè)置一根地線。分布在不同層上的信號線走向應(yīng)互相垂直,這樣可以削減線間的電場和磁場耦合干擾;同一層上的信號線保持一定間距,最好用相應(yīng)地線回路隔離,削減線間信號串?dāng)_。每一條高速信號線要限制在同一層上。信號線不要離基片邊緣太近,否則會引起特征阻抗變幻,而且簡單產(chǎn)生邊緣場,增強向外的輻射。3.3.4時鐘線路的布局時鐘電路在數(shù)字電路中占有重要地位,同時又是產(chǎn)生電磁輻射的主要來源。一個具有2ns升高沿的時鐘信號輻射能量的頻譜可達160mhz。因此設(shè)計好時鐘電路是保證達到囫圇電路電磁兼容的關(guān)鍵。關(guān)于時鐘電路的布局,有以下注重事項:(1)全部銜接
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