隨著單片機系統(tǒng)在消費類電子、醫(yī)療設備、工業(yè)自動化、智能儀器儀表及航空航天等領域的廣泛應用，其面臨的電磁干擾（EMI）問題日益嚴峻。英銳恩單片機開發(fā)工程師介紹，為了確保系統(tǒng)在復雜電磁環(huán)境中的穩(wěn)定運行，電磁兼容性（EMC）設計成為單片機系統(tǒng)開發(fā)中的關鍵環(huán)節(jié)。

一、電磁兼容性的基本概念

電磁兼容性（EMC）包含系統(tǒng)的發(fā)射性能與抗干擾性能兩個方面。一個理想的單片機系統(tǒng)應滿足以下三個條件：
（1）對其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；
（2）對外部電磁發(fā)射不敏感；
（3）系統(tǒng)內(nèi)部模塊之間無相互干擾。

即使無法完全消除干擾，也必須將其抑制在可接受范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的可靠性和安全性。

二、電磁干擾的主要來源與耦合路徑

電磁干擾的產(chǎn)生途徑主要包括直接耦合（如傳導）與間接耦合（如輻射、串擾）。以下是幾種典型的干擾耦合方式：

1. 傳導性 EMI（Conductive EMI）

通過導線、電源線或公共電阻路徑傳遞的干擾。例如：
（1）噪聲可能由電源線引入；
（2）不合理的去耦設計會放大噪聲信號。

2. 公共阻抗耦合（Common Impedance Coupling）

當不同電路的電流流經(jīng)同一地線或公共路徑時，產(chǎn)生的電壓降可引入耦合干擾。例如：模擬信號地與數(shù)字信號地共用地線，容易引發(fā)信號畸變或誤觸發(fā)。

3. 輻射耦合（Radiated Coupling）

又稱串擾（Crosstalk），是高速信號在PCB走線中通過電磁感應影響相鄰導線的典型現(xiàn)象，常見于：時鐘線、復位線、通信總線附近。

4. 輻射發(fā)射（Radiated Emission）

主要包括：
（1）差模（DM）輻射：由信號線上存在的差模電流引起；
（2）共模（CM）輻射：因系統(tǒng)地電位漂移或共地電流不平衡而產(chǎn)生，CM輻射通常更難抑制。

三、影響EMC的主要因素

1. 電源電壓

（1）電壓越高，干擾信號幅度越大；
（2）低電壓系統(tǒng)雖然減小了發(fā)射，但對外部干擾更加敏感。

2. 系統(tǒng)工作頻率

（1）高頻產(chǎn)生更強的電磁發(fā)射；
（2）高速開關器件在狀態(tài)切換時易產(chǎn)生電流尖峰；
（3）高頻系統(tǒng)更需重視布線、去耦與屏蔽設計。

3. 接地方式

合理接地是EMC設計的基礎：
（1）當頻率< 1MHz，單點接地。
（2）當頻率>10MHz，多點接地。
（3）當頻率1~10MHz，應視具體情況選擇混合接地。

4. PCB設計

良好的PCB布局可大幅降低系統(tǒng)發(fā)射與敏感度問題，是EMC設計的核心。

5. 電源去耦

（1）瞬態(tài)電流尖峰可能通過電源線擴散，需用去耦電容和濾波網(wǎng)絡吸收；
（2）高頻電路尤其敏感，高di/dt信號線附近應放置陶瓷電容。

四、PCB的EMC設計策略

1. 元器件布局原則

特殊元件布局：
（1）縮短高頻器件之間的連接路徑；
（2）強干擾或敏感元件避免靠近；
（3）熱源遠離熱敏元件；
（4）高壓元件應遠離操作區(qū)，防止電擊與干擾；
（5）大質(zhì)量元件應物理加固，避免機械應力損壞PCB。

一般元件布局：
（1）按功能單元劃分區(qū)域布局；
（2）元件排列整齊、方向一致，利于焊接與自動化裝配；
（3）元件之間保持合理間距，避免高頻干擾。

2. PCB布線原則

（1）輸入/輸出端走線避免平行，必要時插入地線隔離；
（2）高頻走線短直、少拐彎，避免90°直角；
（3）電源線和地線盡量寬，地線寬度≥3mm更佳；
（4）防止大面積銅箔脫落，可采用柵格化設計。

3. 焊盤設計

（1）焊盤孔徑比器件引腳略大，避免虛焊；
（2）對于高密度PCB，焊盤最小直徑為（引線孔徑 + 1mm）。

4. 接地系統(tǒng)設計

（1）數(shù)字地與模擬地分開；
（2）高頻模擬/數(shù)字信號盡量隔離接地；
（3）地線可形成閉環(huán)，有助于減少地電位差。

5. 電源退耦電容配置

常見配置如下：

需要注意的是：高頻旁路電容引線應盡可能短。

6. 晶振電路設計

（1）晶體與相關電容靠近單片機布置；
（2）優(yōu)選陶瓷或晶體振蕩器而非RC；
（3）石英晶體外殼應接地。

7. 防雷與防浪涌設計

對于室外設備或連接外部線路的接口，應增加防護元件：
（1）氣體放電管：適用于高電壓防護；
（2）TVS（二極管）：抑制瞬時過壓浪涌；
（3）RC吸收回路：適用于按鍵、繼電器等電弧干擾源。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的如何處理嵌入式開發(fā)的EMC問題。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發(fā)，提供8位單片機、32位單片機。