2 集成电路电磁兼容性分析
集成电路在电子设备的电磁兼容性方面起着非常重要的作用。通常，集成电路是产生信号和噪声干扰的根源。将提供给它们的直流电源通过发射或耦合转换成高频电流、电压，产生辐射，同样它们自身也是受害者。一个典型电子系统的所有元器件当中，IC是最容易受到过流和过压损害的，即使它们没有被毁坏，耦合到输入端和电源端的噪声也会使这些IC发生故障。由此可以看出，IC是EMC的根源，要提高电子系统的电磁兼容性，必须首先从根源入手，即在进行IC设计时就要考虑到EMC问题。
集成电路的电磁兼容问题可分为芯片内部EMC和芯片外部EMC两大类。片内EMC是指同一芯片内一个电路或一些电路所产生信号或噪声干扰其他电路的工作。片外EMC是指IC所产生的信号或噪声影响芯片外的器件或电路，或者是IC的正常工作受到外部电路信号的干扰。

2.1 片内EMC问题
最常见的两种片内EMC问题是串扰和同步开关噪声。当一个电路中的电压或电流无意地耦合到另一个电路中时，就产生了串扰。如果耦合足够强，耦合的信号还会影响被干扰电路接收到的信号幅度，从而引起电路故障或使其功能异常。

2.1.1 串扰
串扰可以定义为来自邻近信号通路对某个信号通路的干扰，也可以描述为有意信号或噪声对一个信号的耦合情况[4]。它通常用dB表示，即：

集成电路中通常有3种类型的耦合可以产生串扰；由互电容产生的电场耦合引起导线之间的串扰；由互电感产生的磁场耦合引起的串扰，由图3所示为通过互电容和互电感耦合引起串扰的原理示意图；通过公共阻抗引起的串扰，如图4所示，两个电路共享了一个阻抗R

图3 互电容和互电感耦合引起串扰

图4 公共阻抗引起的串扰

如上所述，在集成电路中，一般有3种导致串扰的耦合机制：公共阻抗、电场耦合和磁场耦合。集成电路设计中可以通过遵循布线的基本准则以及根据各种耦合机制及其产生的条件采取相应的解决措施，同时跟踪每个信号的电流路径和电压是非常重要的[5]。比如，对于公共阻抗耦合，其产生的条件是低频率和低阻抗，可以采取隔离电流路径、减小公共路径阻抗等方法；对于电场耦合，其产生条件是高频率和高阻抗，可以采取分离电路，用地导体隔离电路，减小信号电压等措施。

2.1.2 同步开关噪声

同步开关噪声是由于在一个集成电路中各种电路共享同一个电源分布总线产生的。当一个电路从电源总线吸纳电流时，在总线上会产生一个小的电压降。电源总线上的这个电压降会影响与总线相连的所有电路。同步开关噪声可以通过在IC上提供低阻抗电源分布总线来减小。高速VLSI设计也使用芯片上的去耦电容来防止同步开关产生的问题。芯片上的去耦电容是连接在VDD和VSS之间的电容，为附近电路同时切换所需电流提供暂时的电荷来源。

2.2 片外EMC问题
片外EMC问题通常有传导耦合、电场耦合、磁场耦合和辐射场耦合4种类型。（1）传导耦合。传导耦合进或出集成电路最明显的途径是封装引脚或引线。（2）电场耦合。当一个电压跨过一个器件，引起两个外导体上出现电压时，就发生了电场耦合。通常，当金属物体（如散热片或电缆）非常靠近芯片封装表面时，这类耦合就会发生。（3）磁场耦合。当器件的封装内包含高频电流环时，能量也能够通过磁场耦合出器件。器件内电流环的磁通量可能会连接到器件外的电路环上。可以采用使功率和信号环路面积尽可能小的方法来将磁场耦合减到最小。（4）辐射场耦合，指电磁能量通过空间转移，空间距离一般大于几个波长。集成电路器件的辐射，实际上是指噪声耦合出集成电路，然后被其他东西辐射出去。通过提供更好的芯片上或封装上的去耦，可以减小从电源端子吸入的高频电流，从而能够减小噪声源的幅度[6]。