一、引言
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。电磁干扰问题由来已久，但电磁兼容这个新兴的综合性学科却是近代形成的。集成电路是很多电子产品中的电子元件,是其重要组成部分。集成电路是以一小块或者几小块半导体材料载体采用专业的工艺将一整个电路中所需要的类似晶体管电阻电容电感等电路元件连接成一个整体,再作为整套的电子元件使用。集成电路相对于传统电路更加小型化,每个集成电路作为一个整体发挥作用,且由于半导体的优异特性,集成电路效率较传统电路有明显的提升,但需要重视集成电路电磁兼容性。电磁干扰问题是影响集成电路性能的亟待解决的问题,减小电磁干扰,是提高集成电路电磁兼容性的必经之路。
本文作者在从事某振弦、差阻一体机研制过程中，同一个PCB板需同时集成振弦、差阻两种不同类型传感器的测读电路程序，因此，要分别满足振弦、差阻测读功能，还要完成整体功能测试，必须考虑电磁干扰问题，那么在PCB板设计初始阶段就必须要考虑电磁兼容性方面的问题。
二、电磁兼容性的重要性
电磁干扰是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此，为了电子设备工作的可靠性，对电子设备的电磁兼容技术要给予充分的重视。首先，要使得电子设备达到预期的功能，其次，系统内各线路单元运行期间互不干扰，再就是，设备对外界电磁环境不构成污染，最后还得满足电磁兼容标准的要求。
为了使电子设备可靠地运行，必须深入研究电磁兼容技术。本文从概念层面简单阐述了电磁兼容的重要性和一些设计理念。把电磁兼容性问题的危害由事后处理，转变到预先分析、预测和设计，电磁兼容性设计已成为现代工程设计中最重要的一个环节。
三、电磁兼容性及基本原理
（1）电磁兼容性概述
通常设备工作时,不会一直在同一种电磁环境中,当电子设备在不同的电磁环境中工作时,电磁场的改变会对其产生影响。而在这种影响下电子设备能否继续正常工作也就是该电子设备电磁兼容性。所以说不同的电子设备往往表现出不同的电磁兼容性,电磁环境的改变对不同设备功能正常运转的影响不同。电磁兼容性可以通过电磁干扰与电磁灵敏度来进行检测,在该电磁环境中电子设备是否仍能够健康工作,就是该设备电磁兼容性的体现。
（2）电磁兼容性基本原理
在电子设备工作过程中,只要集成电路中通过电流,电磁干扰源的产生就不可避免。集成电路中承载不同功能的电子元件互相作为电磁干扰源,在电子设备工作中相互影响。因此减少内在电磁干扰源是高质量集成电路必须要考虑的。在集成电路的控制系统中,电磁噪音造成的电磁干扰尤为典型。由于电噪辐射范围大,且容易造成同频共振,对于集成电路中电子原件的影响较为明显，甚至可以直接导致集成电路硬件损坏，造成永久的损伤。提高集成电路的电磁兼容性首要考虑的就是电磁干扰源的减少，尤其是电磁振动干扰源,能量较高,易对集成电路产生实质性的损坏。
此外,耦合途径也是影响电磁兼容性的重要因素。耦合途径对于电磁兼容性的影响主要体现在辐射干扰,在辐射干扰中,电磁干扰源对电子设备产生干扰需要场能量的产生,而这些电磁能量的耦合会对其他元件产生影响,影响集成电路中其他电子元件的正常工作。传输干扰中,不同电子元件间连接的导线会相应吸收电磁噪音,电磁噪音延导线传输至集成电路电子元件中,引发震动或其他影响其健康工作的干扰。
电磁兼容性也与电子元件中的敏感设备密不可分。敏感设备是指在电磁干扰中容易受到损伤的设备。电磁兼容性的提高同样要注意到敏感设备的正确处理,敏感设备的数量也应做好控制。
（3）电磁兼容性检测
在集成电路中,设备在一定的电磁干扰环境中能够保持原本工作状态，抵抗由电磁环境变化造成影响的能力称为电磁抗扰性。电子产品的性能通常不会受到电磁抗扰性的影响。电磁兼容性在电子设备集成电路中的通常就体现在这两个方面即：①集成电路中电子元件必须具备一定的电磁抗扰性;②集成电路中电子元件设备具备承受电磁抗扰性的能力。那么如何判断某电子产品电磁兼容性如何，即需要专业方式进行检测。
电磁兼容性检测是对电子产品在电磁场方面干扰大小和抗干扰能力的综合评定，是产品质量最重要的指标之一。电磁干扰技术在电磁兼容性检测过程中可以通过降低或者限制电子设备中的任何电磁能量来完成。电磁干扰技术可以根据不同的体系进行划分,通常将其分为传统干扰和辐射干扰。传统干扰即传输干扰,通过完整的电路连接干扰元件对集成电路元件或者电子设备进行电磁干扰,中间连接不可以断开,而辐射干扰可以距离干扰,不与其接触就可进行电磁干扰,较传统干扰具有方便调节,对设备损伤小,操作简单等优势。
四、集成电路电磁兼容性解决方案
集成电路电磁兼容性问题直接影响集成电路的工作质量，在主要功能为产生和接收信号的电子元件就容易受到电磁噪声干扰。直流电在集成电路中通过,电子元件共同作用将其发射或者转化为高频电流或者电压时,会产生干扰辐射,不仅使集成电路自身受到影响,还会大面积损害周围电子元件,因此运行状态对于集成电路也有直接影响。在所有基础的电子元件中,集成电路板是最容易受到电磁辐射干扰影响的。即使短时间看不出集成电路的损坏,电子元件设备仍然可以健康工作,也不能确保其电磁兼容性是符合工作环境的。所以说要解决电磁兼容性问题,集成电路本身的构造和升级是关键所在,集成电路中电磁兼容问题主要由集成电路上芯片解决。与电磁兼容性相关的芯片分为EMC内芯片和EMC外芯片,在设计时就考虑到内外芯片的结构与连接方位是解决电磁兼容性问题的重要手段。
五、电磁兼容的设计思路
为了提高电子设备的电磁兼容能力，必须从开始设计时就给予电磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以从电磁兼容的三要素，即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件入手。
（1）首先，要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数。
（2）其次，要充分了解电磁干扰可能传播的路径，尽量切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。
（3）最后，要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件，尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。据此，在设计时应采取相应对策，消除或部分消除可能出现的电磁干扰，以减轻调试工作的压力。在调试中，针对具体出现的电磁干扰，以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析，以确定电磁干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径，再采取相应的解决办法。
六、集成电路的电磁兼容性设计方法
关于集成电路电磁兼容性的设计问题,主要从减少集成电路内在芯片自身干扰源以及集成电路中电子元件设备应对电磁干扰能力两个方面考虑。还应该考虑到集成电路的使用途径以及使用环境周围电子元件设施等各个方面,从设计层面和标准层面注意集成电路在产品中的运用,提高产品质量。随着科技的发展,现在多数电子设备中集成电路的频率已经几乎稳定在千兆赫上下,传输速度已经十分可观。人们对于电子设备功能性的要求逐渐提高,也就导致了集成电路的复杂程度大幅提升。为了节约空间,减少电子设备体积,集成电路中电路密度就必须增加。因为传输速度的加快,再加上集成电路板中电路密度增大,要想处理好电磁兼容性问题,就要从设计层面解决。
在降低元件电磁发射方面,电子元件的电磁发射量与集成电路的制造精细程度,集成电路设计合理性,蕴含在电路中的开关门数量,电流电压转换端口的核心模块,及电路中阻尼组件分配是否科学等方面有关。想要减少电磁发射量,也需要从集成电路组成,电子元件成分等根源方面考虑。具体操作可以从以下几点考虑:一、减少寄生电感数量,寄生电感容易产生耦合能量,对于辐射干扰而言属于敏感设备,对于寄生电感数量的控制是重要的方面。二、解决电源适配的问题,电源适配不合适或者不稳定会导致集成电路电流频率失调,通过不稳定电流的电子设备易成为干扰源,发射辐射干扰,也就导致了整体电磁兼容性的降低。三、在集成电路中插入去耦型电容。去耦电容数量的增加,会直接导致辐射性干扰的影响降低,电磁耦合能量对于电路的影响减少。四、将一小段电阻串联进电路火线与地线之间。五、可以将核心电路模块独立供电,与其他元件分离。六、可通过异步设计,集成电路信号传输中,最容易造成电磁噪震动,可通过将信号传输电路与敏感设备分离,既可以保证集成电路复杂性不降低,还可以确保电磁兼容性提高。
七、结语
集成电路与电磁兼容性优化设计的可以总结为两个方面:一是在集成电路功能不缩水的条件下降低其电磁辐射,减少电磁干扰源。二是在集成电路传输速度很高的情况下提高其抗干扰能力,不仅要解决元件自身问题,还要考虑到对其他组分的影响。两者兼顾,电磁兼容性的问题才能得到良好解决。
作者简介：
田元勋（1987~）男，陕西安康人，现任中国水利水电第七工程局有限公司某水电站安全监测项目安全总监，长期从事大坝安全监测施工及管理工作。
