摘要： 基于电磁兼容的基本理论，分析研究了集成电路的电磁兼容问题，详细描述了集成电路电磁兼容性设计应遵循的一些原则、方法。

关键词：工艺技术；集成电路；电磁干扰；电磁兼容

电磁兼容EMC（Electromagnetic Compatibility）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁干扰的能力。
经过这几十年半导体技术的不断发展，集成电路（IC）的规模不断扩大，从1947年第一只锗晶体管在贝尔实验室诞生，1961年第一片包含了4只晶体管的硅集成电路产品出现，之后集成电路按照摩尔定律每12个月晶体管的数量翻一番发展，规模从SSI、LSI、VLSI、ULSI到现在一片芯片上包含上亿只晶体管，形成片上系统（SoC）；集成电路的工作频率越来越高，频率带宽从1 MHz迅速提升到1 GHz；集成电路的应用范围也越来越广，渗透到整个社会的各个角落。然而，随着电子设备数量的逐渐增加，功能的不断增强以及应用领域不断扩展，电磁环境越来越复杂[1]，电磁干扰问题日益突出，作为电子设备或系统必不可少的组成部分——集成电路能否在这样的电磁环境中安全的工作，并且不对其他器件或设备造成干扰，即集成电路自身的电磁发射和抗干扰问题，已成为集成电路设计、制造业关注的课题。本文将着重对集成电路的电磁兼容性进行研究，包括电磁兼容的基本理论、集成电路电磁兼容性的基本概念以及满足电磁兼容要求的设计方法。

1 电磁兼容的基本理论
1.1 基本概念

电磁兼容主要研究的是如何使在同一环境下工作的各种电气电子系统、分系统、设备和元器件都能正常工作、互不干扰，达到兼容状态[2]。在某种程度上也可以说是研究干扰和抗干扰的问题。电磁兼容分为电磁干扰和电磁敏感度。

电磁干扰EMI（Electromagnetic Interference）是指任何能中断、阻碍、降低或限制电子设备有效性能的电磁能量。电磁干扰按干扰的类型分为传导干扰和辐射干扰；按频带分为宽带和窄带干扰。传导干扰又分为共模干扰和差模干扰；辐射干扰也分为共模干扰和差模干扰。

电磁敏感度EMS（Electromagnetic Susceptibility）是指存在电磁骚扰的情况下，电子设备或系统能够不降低其运行能力的性能。敏感度越高，其抗干扰能力越差。

图1给出了电磁兼容性包含的内容。设备的电磁兼容性包含了两方面，一方面，设备要有抗电磁干扰的能力，即具有能够在电磁干扰的环境中正常工作的能力；另一方面，设备工作中自身产生的电磁骚扰应在一定水平之下，不能对同处于一个电磁环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰。衡量一种电子设备抗电磁干扰能力的指标为抗扰性和敏感度。抗扰性是指在存在电磁骚扰的环境下，电子产品具有不降低其运行性能的能力。敏感度是指电子产品受电磁干扰而被中断或破坏趋势的估量，它是由抗扰性不足引起的。电子产品对外界环境产生的干扰定义为电磁发射，即从源向外发出电磁能的现象。而这里的发射与通信学科中的发射含义是不太相同的，它既包括传导发射，又包括辐射发射。

图 1 设备或系统的电磁兼容性

1.2 解决EMC的基本原理

要能够解决EMC问题，保证电子产品满足电磁兼容要求、标准，首先必须对电磁干扰是如何发生和产品影响进行研究，从而找出解决的相应对策和方法。

电磁干扰产生需要三个要素，即电磁干扰源、耦合路径和敏感设备。一个简单的电磁干扰模型如图2所示[3]。

图2 电磁干扰模型

1.2.1 电磁干扰源

电磁干扰源是客观存在的，是指产生EMI的组件、器件、设备、系统或自然现象。在一个微控制器系统里，时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被分散到了整个频谱，随着大量的高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300 MHz的谐波干扰。

1.2.2 耦合路径
耦合路径指把能量从干扰源耦合（或传输）到敏感设备。根据耦合路径的不同，干扰可分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过导线进行传播的，如果一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应将接收这个噪声并将它传递到电路的其他部分，比如噪声通过电源线进入系统。传导干扰方式必须在干扰源和感应设备之间有完整的电路连接，干扰信号沿着连接电路传递到敏感器，发生干扰现象，传输电路导线、供电电源、公共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。辐射干扰是通过“场”进行传播的，每个电路都共享的电磁场，当电路改变时，就会产生电磁波，这些电磁波能耦合到附近的导体中并干扰电路中的其他信号。在集成电路设计中常见的辐射耦合有：大电流变化引起的电磁场经导线感应耦合形成的干扰；平行导线高频信号之间的感应以及高频信号与周围靠近的信号线之间的感应耦合形成干扰。在实际工程中，两个设备之间的干扰通常包含多种途径的耦和形式。

1.2.3 敏感设备
敏感设备是指受到电磁骚扰源发射的电磁能量的作用时，会受到伤害的人或其他生物，以及会发生电磁危害，导致性能降低或失效的器件、设备或系统。在数字电路中，临近信号最容易受到电子干扰的影响，比如复位信号和中断信号等；模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也很容易受到噪声的影响。
通过分析电磁干扰产生的三要素，可知消除电磁干扰要从去掉或隔离电磁干扰源、阻断耦合路径、提高设备的抗干扰能力3个方面入手，即很容易得到抑制电磁干扰的方法：一是设法降低电磁波辐射源或干扰源；二是设法切断电磁耦合路径；三是降低敏感设备的敏感度。