ĐẢM BẢO TƯƠNG THÍCH ĐIỆN TỪ TRONG KỸ THUẬT THIẾT KẾ MẠCH VÀ TRONG MÔI TRƯỜNG TRUYỀN TÍN HIỆU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO




 !!"
#$
%&'()*'+, ,/0123234'(5',67'/0869':,;0,6<'
(="4'>0&? ,/0@A69'+,B.@CD@E
@CDF
Đà nẵng, tháng 11 năm 2013

GHIJ3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333K
D3LMN"33333333333333333333333333333333333333333333F
1.1. Khái niệm tương thích điện từ (EMC: Electromagnetic Compatibility) 4
1.2. Vấn đề tương thích điện từ ở nước ta 5
1.3. Biện pháp cải thiện tương thích điện từ 6
@3!!"ON
3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333P
2.1 Linh kiện số và tương thích điện từ trong thiết kế mạch số 8
2.1.1 Lựa chọn linh kiện: 8
2.1.2 Vấn đề thu nhỏ mặt nạ IC 11
2.1.5 Spread-spectrum clocking 15
2.2 Linh kiện tương tự và tương thích điện từ trong thiết kế mạch tương tự 16
2.2.1 Lựa chọn thành phần tương tự 16
2.3. Thiết kế mode chuyển mạch 22
K3#$
333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333@Q
3.1 Truyền tín hiệu trong môi trường phi kim loại 26
3.2 Kỹ thuật truyền tín hiệu trong môi trường kim loại 26
3.3. Cách ly quang học (Opto-isolation) 33

3.4. Bảo vệ mạch I/O bên ngoài 34
!3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333KA
R6S6<J:,.T+,U-3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333KQ
2
GHIJ
Ngày nay, nhờ sự phát triển chóng mặt của kỹ thuật và công nghệ, cuộc
sống của con người ngày càng thoải mái và tiện nghi hơn với nồi cơm điện, ti
vi, máy giặt, máy tính, laptop, điện thoại di động, Với sự bùng nổ công nghệ
vi điện tử, đặc biệt là công nghệ thiết kế và chế tạo các vi mạch tích hợp, các
sản phẩm trên ngày càng nhỏ gọn, tiêu thụ ít điện năng hơn trong khi thiết bị
ngày càng thông minh hơn và tốc độ xử lý nhanh hơn. Song song với sự phát
triển đó là rất nhiều thách thức đặt ra khi giảm kích thước của các linh kiện và
một trong số đó chính là vấn đề tương thích điện từ.
Tiểu luận này sẽ nghiên cứu vấn đề “Đảm bảo tương thích điện từ trong
kỹ thuật thiết kế mạch và trong môi trường truyền tín hiệu”. Mặc dù đã rất cố
gắng, nhưng do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót, rất
mong nhận được nhiều ý kiến góp ý của Thầy và các bạn cùng lớp để tiểu luận
hoàn thiện hơn. Tác giả xin chân thành cảm ơn.
3
D3LMN"
D3D3,V6'6<T:%W'(:,X0,H6<':YZ[[S\0:]-T.('\:60-T?.:6^6S6:_`
Tương thích điện từ là thuật ngữ chỉ rõ đặc tính mà những thiết bị điện,
điện tử, tin học có được khi chúng vận hành tốt trong môi trường có sự hiện
diện của các thiết bị khác hoặc có tín hiệu nhiễu từ môi trường xung quanh
chúng tác động vào. Để thực hiện được điều này, ta phải dùng những kỹ thuật
để tránh những hiệu ứng không mong muốn mà nhiễu có thể gây ra. Nghiên
cứu về tương thích điện từ là tìm các biện pháp kỹ thuật dùng để xử lý các đặc
tính trên.
Tương thích điện từ được hiểu là:
- Không được gây ra nhiễu vượt quá mức độ cho phép đối với sự hoạt

động bình thường của thiết bị vô tuyến điện tử khác.
- Bản thân thiết bị đó phải làm việc bình thường khi các nguồn tín hiệu
khác đã làm việc.
* Có thể định nghĩa 3 kiểu cơ sở trong việc tác động qua lại giữa các hệ thống
- Hiệu ứng do thiết bị này sinh ra tác động lên thiết bị khác, hiện tượng
giao thoa bên trong cùng một hệ thống.
- Hiệu ứng do môi trường xung quanh sinh ra tác động lên thiết bị
- Hiệu ứng do thiết bị sinh ra tác động lên môi trường
* Lĩnh vực tương thích điện từ bao gồm những vấn đề sau:
- Phân tích cơ học cho ra những hiệu ứng nhiễu
- Nghiên cứu sự truyền của nhiễu do bức xạ hoặc truyền dọc theo các
đường dây kim loại nối với các thiết bị
- Định nghĩa các kiểu ghép khác nhau giữa các hệ thống điện, điện tử, tin
học
- Xác định các điều kiện đối với các kiểu ghép
4
- Đánh giá những hậu quả thực tế của nhiễu khi thiết bị vận hành
- Dự đoán những tình huống xảy ra nhiễu, trong đó một số thiết bị sẽ
không vận hành đúng theo chuẩn
- Sự lọc nhiễu tần số hoặc thời gian
- Những phương tiện cho phép các thiết bị hoạt động không bị ảnh hưởng
của nhiễu
- Tổng hợp những thiết bị dễ bị ảnh hưởng của nhiễu
- Thiết lập các tiêu chuẩn để đưa ra các giá trị giới hạn có thể chấp nhận
được đối với máy phát và máy thu.
Như vậy mục đích của tương thích điện từ là mang lại sự tương thích về
hoạt động của một hệ thống nhạy cảm với môi trường trường điện từ của nó
cũng như các hiện tượng nhiễu loạn có thể sinh ra từ hệ thống, một phần của hệ
thống hoặc bởi từ các nguồn bên ngoài. Từ đó đưa ra cách xử lý vấn đề:
- Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu có thể gây ra bức

xạ.
- Nghiên cứu các kiểu ghép giữa nguồn gây nhiễu và hệ thống bị nhiễu
- Mô phỏng và thử nghiệm các hiện tượng trên và tìm các giải pháp kỹ
thuật bảo vệ.
D3@3"5'Ha:%W'(:,X0,H6<':YG'%&0:.
Trong Pháp lệnh Bưu chính Viễn thông của nước Cộng hoà xã hội chủ
nghĩa Việt Nam ban hành ngày 07/06/2002, điều 69, mục 3 đã nói rõ về quản lý
tương thích điện từ. Nhà nước Việt Nam rất coi trọng việc sử dụng và quản lý
tài nguyên tần phổ sóng điện từ trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại
hoá.
Ở các nước phát triển, việc quản lý tương thích điện từ được quy định rõ
ràng. Các nhà sản xuất thiết bị điện và điện từ phải đảm bảo các sản phẩm của
họ thoả mãn những yêu cầu về tiêu chuẩn tương thích điện từ cho các sản phẩm
5
được xuất đi. Đây là biểu thị trách nhiệm của nhà sản xuất đối với thị trường.
Tại thị trường chung châu Âu EEC và EFTA, nếu một loại sản phẩm nào bị chê
trách về tiêu chí chất lượng tương thích điện từ thì sản phẩm đó bị loại khỏi thị
trường. Để có sự chấp thuận phù hợp với tiêu chí tương thích điện từ, sản phẩm
được cơ quan có thẩm quyền kiểm nghiệm và cấp chứng chỉ về đo thử kiểm
nghiệm có 2 nội dung:
- Đo thử sự phát xạ (emission): Thử sự phát xạ như sơ đồ hình 1.1a. Sóng
điện từ do bản thân thiết bị cần đo thử qua dây cáp nối tín hiệu hoặc dây
cấp nguồn bức xạ ra không gian. Các nhiễu này thường là nhiễu liên tục
- Đo thử sự chống nhiễu (Immunity): Sơ đồ đo như hình 1.1b. Trong đó
thiết bị cần đo, chịu tác động có sóng chấn tử do một nguồn tạo sóng
phát ra.

Hình 1.1 Đo phát xạ và vượt nhiễu
Trước kia, các quy định tương thích điện từ chỉ quan tâm đến sự phát xạ
điện từ, vì nó là nguồn gốc gây ra các vấn đề nhiễu. Tuy nhiên gần đây các ủy

ban quản lý về EMC chú ý tới hầu hết các vấn đề của tính chống nhiễu do các
hiện tượng quá độ dòng điện và điện áp, hiện tượng phóng điện tự nhiên (xung
sét). Tuy nhiên, không có mức chính xác của “tính chống nhiễu” để cho biết là
bị hỏng hoặc vẫn bình thường.
D3K36<'?,V?0U6:,6<':%W'(:,X0,H6<':Y
Vấn đề tương thích điện từ đã được đặt ra từ đầu thế kỷ 20. Ngoài việc
tiếp tục chinh phục dải tần ngày càng cao như đã làm trong thời gian vừa qua,
6
hiện nay tương thích điện từ vẫn đặt ra cho chúng ta các bài toán cần tiếp tục
giải quyết. Đó là:
- Hoàn thiện phương pháp sử dụng một cách tiết kiệm các băng tần. Người
ta thường áp dụng:
o Nâng cao độ ổn định tần số của nguồn phát xạ.
o Giảm thiểu cường độ bức xạ ngoài băng và bức xạ phụ
- Đặc tính hóa nguồn nhiễu và xác định các trường nhiễu mà nguồn có thể
bức xạ. Hoàn thiện phương pháp giảm nguồn nhiễu ngay tại nơi chúng
xuất hiện. Chúng ta cần tiếp tục:
o Cải thiện đặc tính các bộ lọc dùng thạch anh và ống dẫn sóng.
o Bọc chắn trường điện từ và nối đất tốt.
Ngoài ra bằng máy tính điện tử thành lập “phương pháp mô hình hoá
môi trường điện từ” có xét tới các thiết bị điện từ cụ thể. Máy tính có thể đưa
ra các tham số (có xét tới độ bất ổn định) của máy thu, máy phát và anten.
Mô hình hoá có thể đưa ra các khuyến nghị giảm thiểu các tác động của
nhiễu trên các thiết bị cụ thể.
7
@3!!"
ON
Việc lựa chọn đúng các phần tử chủ động và thụ động, và dùng các kỹ
thuật thiết kế mạch tốt ngay từ đầu cho một thiết kế mới và dự án phát triển, sẽ
giúp đạt được yêu cầu tương thích điện từ (EMC) một cách hiệu quả nhất, giảm

chi phí, kích thước và trọng lượng của bộ lọc và che chắn cuối cùng.
Những kỹ thuật này cũng cải thiện tính toàn vẹn tín hiệu số và SNR
tương tự, và có thể tiết kiệm ít nhất một lần lặp của phần cứng và phần mềm.
Điều này sẽ giúp sản phẩm mới đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật. Những kỹ thuật
EMC này được xem là một phần của lợi thế cạnh tranh của công ty.
@3D6',+6<'bc8R:%W'(:,X0,H6<':Y:]-'(:,67:+7Td0,bc
2.1.1 Lựa chọn linh kiện:
Hầu hết các nhà sản xuất IC số có ít nhất một vùng glue-logic với độ
phát xạ thấp, và một vài phiên bản chip I/O cải thiện khả năng chống nhiễu với
ESD.
Hình 2.1 Phổ của xung vuông lý tưởng 60Mhz
Các mạch số hầu như dùng xung vuông.
8
Tốc độ xung clock càng nhanh, thì cạnh càng dốc, tần số và độ phát xạ
các hài càng cao. Vì vậy, luôn luôn chọn tốc độ xung clock chậm nhất mà vẫn
cho phép các sản phẩm đạt được đặc điểm kỹ thuật.
Chọn mạch tích hợp đảm bảo toàn vẹn tín hiệu và tính năng EMC, chẳng hạn
như:
- Giảm thay đổi điện áp ngõ ra và điều khiển tốc độ đáp ứng: Giảm thay
đổi điện áp ngõ ra và điều khiển tốc độ đáp ứng để giảm dV/dt và dI/dt
của các tín hiệu và có thể giảm độ phát xạ một vài dB. Mặc dù các kỹ
thuật này cải thiện độ phát xạ, chúng có thể làm giảm khả năng miễn
dịch trong một số trường hợp, do đó, cần có sự thỏa hiệp.
- Đường truyền tương thích với ngõ vào/ngõ ra: IC có ngõ ra tương thích
với đường truyền là cần thiết khi các tín hiệu tốc độ cao được gửi lên dây
dẫn dài. Ví dụ: bus driver có sẵn lái một tải 25W. Nó sẽ lái 1 đường
truyền 25W (ví dụ như RAMBUS), hoặc sẽ lái 2 đường 50W, 4 đường
100W, 6 đường 150W (khi kết nối sao).
- Cân bằng tín hiệu: Cân bằng tín hiệu sử dụng các tín hiệu ± và không
sử dụng 0V như trở lại tín hiệu . IC như vậy là rất hữu ích khi lái tín hiệu

tốc độ cao (ví dụ như đồng hồ 66MHz) bởi vì chúng giúp duy trì tính
toàn vẹn tín hiệu và cũng có thể cải thiện đáng kể độ phát xạ chung và độ
vượt nhiễu.
- Đường đất thấp: IC với đường đất thấp sẽ tốt cho tương thích điện từ
hơn.
- Phát xạ mức thấp: Hầu hết các nhà sản xuất IC có vùng logic –glue với
độ phát xạ thấp Ví dụ ACQ và ACTQ (Advanced Configuration and
Power Interface) có độ phát xạ thấp hơn so với AC và ACT. Một số
VLSI trong phiên bản "EMC thân thiện", ví dụ như Philips có ít nhất hai
mô hình bộ vi xử lý 80C51 phát xạ ít hơn so với các sản phẩm 80C51
của hãng khác đên 40dB.
9
- Nên sử dụng họ logic không bão hòa: Họ logic không bão hòa được ưa
thích, bởi vì thời gian lên và xuống có xu hướng phẳng hơn và chứa số
lượng ít các hài bậc cao hơn logic bão hòa như TTL.
- Mức độ vượt nhiễu đối với ESD (hiện tượng phóng tĩnh điện) và các hiện
tượng đáng lo ngại khác: Thiết bị truyền thông nối tiếp (ví dụ như
RS232, RS 485) sẵn có có mức độ vượt nhiễu cao đối với hiện tượng
phóng tĩnh điện ESD và trên các chân của chúng. Nếu hiệu suất vượt
nhiễu của chúng không được chỉ rõ thì ít nhất cũng đạt tiêu chuẩn và
mức độ mà bạn cần cho sản phẩm.
- Điện dung đầu vào thấp: Các thiết bị có điện dung đầu vào thấp giúp
giảm xảy ra dòng đỉnh khi trạng thái logic thay đổi, và do đó giảm phát
xạ từ trường và dòng trở lại mặt đất (hai nguyên nhân chính của phát xạ
kỹ thuật số).
- Năng lực drive ngõ ra không lớn hơn ứng dụng cần thiết: Dòng điều
khiển ngõ ra của ICs (đăc biệt bus driver) không nên lớn hơn cần thiết.
Năng lực điều khiển tăng lên cũng có thể có nghĩa rằng các IC có thời
gian lên và xuống nhanh hơn, dẫn đến vấn đề tăng đột biến của toàn vẹn
tín hiệu cũng như các cấp độ cao của phát xạ RF.

Tất cả những điều trên phải đảm bảo tối thiểu hoặc tối đa (nếu thích hợp)
các thông số kỹ thuật (hoặc ít nhất là thông số kỹ thuật điển hình) trong
datasheet.
Các nhà cung cấp IC công nghệ cao có thể cung cấp hướng dẫn thiết kế
EMC chi tiết, như Intel làm cho chip Pentium MMO của nó. Tư vấn thiết
kế EMC chi tiết cho thấy các nhà sản xuất quan tâm đến nhu cầu thực sự
của khách hàng, và đưa ra lời khuyên khi lựa chọn thiết bị.
Hiện nay, một số FPGAs (và có thể IC) có khả năng lập trình tốc độ
quay, khả năng điều khiển đầu ra và / hoặc trở kháng đầu ra của tín hiệu
điều khiển. Đặc điểm điều khiển có thể được điều chỉnh để cung cấp cho
toàn vẹn tín hiệu tốt hơn hoặc thực hiện EMC và điều này giúp tiết kiệm
10
thời gian phát triển bằng cách giảm sự cần thiết thay thế IC, thay đổi các giá
trị của các thành phần trên PCB, hoặc thay đổi cách bố trí PCB. Trường hợp
biểu diễn EMC IC là chưa biết, lựa chọn đúng ở giai đoạn thiết kế ban đầu
có thể được thực hiện bởi EMC thử nghiệm một loạt tranh trong một mạch
đơn giản chức năng tiêu chuẩn mà ít nhất là chạy đồng hồ của họ, tốt nhất là
thực hiện các hoạt động trên tốc độ dữ liệu cao quá.
Kiểm tra độ phát xạ có thể dễ dàng thực hiện trong một vài phút trên một
băng ghế thử nghiệm tiêu chuẩn với một đầu dò vòng từ trường đóng từ lĩnh
vực kết nối với một máy phân tích quang phổ (hoặc một hiện sóng băng
rộng). Kiểm tra độ vượt nhiễu có thể sử dụng cùng một đầu dò kết nối với
đầu ra của một máy phát tín hiệu ( RF liên tục hoặc đột biến ). Đầu dò từ
trường đóng cần phải được giữ gần như chạm vào các thiết bị, hoặc PCBs
được thăm dò. Để xác định vị trí những "điểm nóng nhất" và định hướng
thăm dò tối đa hóa đầu tiên chúng nên được quét trong một ma trận theo
chiều ngang và chiều dọc trên toàn bộ khu vực (tổ chức thăm dò ở những
hướng khác nhau 90
o
cho mỗi hướng), sau đó tập trung vào những khu vực

có mạnh tín hiệu.
2.1.2 Vấn đề thu nhỏ mặt nạ IC
Một số họ IC có cùng số và nhà sản xuất có thể có hiệu suất EMC khác
nhau. Các nhà sản xuất bán dẫn luôn luôn cố gắng cải thiện yields họ nhận từ
một wafer silicon, và một trong những cách để làm điều này là thu nhỏ mặt nạ
IC hơn. Các mặt nạ IC có thể gây ra sự khác biệt đáng kể về hiệu suất EMC,
bởi vì thiết bị nhỏ hơn có nghĩa là:
- Năng lượng hơn yêu cầu ít hơn (về điện áp, dòng , công suất hoặc chi
phí) để điều khiển các transistor nội bộ, đồng nghĩa với độ vượt nhiễu ở
mức thấp.
- Lớp oxit mỏng hơn, có nghĩa là độ vượt nhiễu với thiệt hại từ hiện tượng
phóng tĩnh điện ESD, tăng, hoặc quá áp
11
- Năng lượng nhiệt của các transistor nội thấp sẽ có tính nhạy cảm cao với
hiện tượng quá áp.
- Hoạt động của transistor nhanh hơn, có nghĩa mức độ phát xạ cao hơn và
tần số phát xạ cao hơn.
Người sử dụng số lượng lớn thường có thể sắp xếp để có được cảnh báo
trước của mặt nạ, do đó họ có thể mua đủ IC 'cũ' để giữ chúng trong sản xuất
trong khi họ tìm hiểu làm thế nào để giải quyết những thay đổi EMC từ mặt nạ
IC mới. Có thể thực hiện kiểm tra hiệu suất EMC IC để xem liệu một họ mới
có hiệu suất EMC khác như thế nào, vì lý do gì. Điều này giúp phát hiện ra vấn
đề sớm, và để tiết kiệm chi phí.
2.1.3 Đế cắm IC
Đế cắm IC không tốt cho EMC, và bề mặt gắn chip được hàn trực tiếp
được ưa thích hơn. IC nhỏ hơn có chiều dài giới hạn dây nhỏ hơn và lead frame
tốt hơn.
Thường thì độ phát xạ và độ nhạy cảm của bộ nhớ non-volatile gắn trên
ổ cắm (hoặc, tệ hơn nữa, ổ cắm có chứa pin dự phòng) làm hỏng EMC của một
thiết kế tốt. Các IC khả trình tại chỗ có bộ nhớ non-volatile nên hàn trực tiếp

vào PCB. Bo mạch chủ với ổ cắm ZIF và đế tản nhiệt gắn lò xo cho bộ vi xử lý
của nó (cho phép nâng cấp dễ dàng) đòi hỏi thêm chi phí lọc và che chắn.
2.1.4. Các kỹ thuật mạch
- Sử dụng IC level detection cho đầu vào điều khiển và bấm phím.
Sử dụng IC level detection cho tất cả các đầu vào điều khiển và bấm phím.
IC detection rất nhạy với nhiễu tần số cao ESD. (Nếu tín hiệu điều khiển cần
dùng tốc độ rất cao để chúng có thể sử dụng các thiết bị edge-detecting,
chúng nên được xem xét EMC như đối với bất kỳ liên kết truyền thông tốc
độ cao khác.)
- Trên PCBs nguyên mẫu cho phép điều khiển tốc độ logic cạnh hoặc băng
thông (ví dụ như các điện trở nối tiếp, RC hoặc bộ lọc Tee ).
12
Nhiều sách dữ liệu IC không chỉ định tăng thời gian lên và xuống ở ngõ
ra (hoặc chỉ định thời gian tối đa cụ thể). Điều đó rất cần cần thiết để kiểm
soát các hài bậc cao không mong muốn, việc cung cấp để kiểm soát tốc độ
logic cạnh hoặc băng thông được khuyến khích (ít nhất trên PCBs thử
nghiệm).
Điện trở nối tiếp thường là cách tốt nhất để kiểm soát tốc độ cạnh và các
hài không mong muốn, mặc dù các bộ lọc Tee RCR cũng có thể được sử
dụng và có thể kiểm soát các hài bậc cao tốt hơn khi dùng dây truyền tải .
- Giữ điện dung tải thấp.
Điều này làm giảm dòng đột biến ở ngõ ra khi trạng thái logic thay đổi
và giúp giảm phát xạ trường điện từ, đường đất, điện áp đột biến giảm
xuống trong mặt phẳng mặt đất và công suất cung cấp, tất cả các vấn đề
quan trọng đối với EMC.
- Giữ thiết bị tốc độ cao tránh xa các kết nối và dây điện.
Coupling (ví dụ như nhiễu xuyên âm) có thể xuất hiện giữa metallisation,
dây nối, và khung chính bên trong một IC và dây dẫn khác gần đó. Các điện
áp và dòng ghép có thể làm tăng đáng kể độ phát xạ CM ở tần số cao. Vì
vậy, giữ các thiết bị tốc độ cao xa tất cả các kết nối, dây dẫn, dây cáp, và vật

dẫn khác. Ngoại lệ duy nhất là kết nối tốc độ cao dành riêng cho IC (ví dụ
như kết nối bo mạch chủ).
Khi một sản phẩm là lắp ráp xong, dây dẫn và dây cáp bên trong có thể
nằm ở các vị trí khác nhau. Phải đảm bảo rằng không có dây dẫn hoặc dây
cáp nào nằm gần bất kỳ thiết bị tốc độ cao.
Tản nhiệt là một ví dụ của vật dẫn, và rõ ràng không thể được đặt cách
xa IC, để làm mát IC. Nhưng tản nhiệt có thể chịu ảnh hưởng của các tín
hiệu ghép từ bên trong một vi mạch giống như bất kỳ dây dẫn khác. Kỹ
thuật thông thường là cách ly các tản nhiệt từ IC bằng một dây dẫn nhiệt,
sau đó 'nối đất' tản nhiệt cho ground plane với các kết nối rất ngắn .
- Bắt buộc có một watchdog chất lượng tốt .
13
Nhiễu thường xảy ra kéo dài trong hàng chục hoặc hàng trăm mili giây.
Một watchdog được dùng để khởi động lại một bộ xử lý sẽ là không tốt nếu
nó cho phép bộ vi xử lý bị lỗi hoặc treo vĩnh viễn . Vì vậy, watchdog tốt
nhất là mạch không bền (không phải là mạch đơn ổn) để giữ thời gian time
out và reset lại bộ vi xử lý cho đến khi nó phát hiện việc khởi động lại thành
công. (Đừng quên rằng thời gian timeout của watchdog phải dài hơn thời
gian khởi động lại của bộ vi xử lý).
- Việc giám sát điện áp chính xác là cần thiết (còn gọi là giám sát ‘sụt
áp').
Điện áp cung cấp giảm, sụt áp có thể làm giảm đường logic của DC dưới
mức điện áp cần thiết để logic IC vẫn hoạt động chính xác , dẫn đến hoạt
động không chính xác và đôi khi làm hỏng dữ liệu các vùng bộ nhớ . Vì
vậy, việc giám sát điện áp chính xác là cần thiết để bảo vệ bộ nhớ và ngăn
chặn các hoạt động điều khiển sai lầm.
Mạch thích hợp và kỹ thuật phần mềm cũng được yêu cầu cho việc giám
sát điện áp và watchdog để chúng đối phó với hầu hết các tình huống, tùy
thuộc vào sản phẩm.
- Xử lý không đồng bộ được khuyến khích.

Kỹ thuật không đồng bộ có độ phát xạ thấp hơn nhiều so với logic đồng bộ,
và cũng tiêu thụ điện năng thấp hơn nhiều . ARM phát triển các bộ vi xử lý
không đồng bộ trong nhiều năm, và các nhà sản xuất khác đang bắt đầu sản
xuất các sản phẩm không đồng bộ.
Một trong những hạn chế của thiết kế IC không đồng bộ là thiếu các
công cụ thiết kế phù hợp (ví dụ như phân tích thời gian). Nhưng ít nhất công
cụ thiết kế IC không đồng bộ bây giờ mang tính thương mại.
Một số IC kỹ thuật số phát xạ mức cao từ chính bản thân của chúng, và
thường được che chắn bằng chính hộp kim loại nhỏ hàn vào PCB. Che chắn
ở mức độ PCB có chi phí rất thấp, nhưng không phải lúc nào cũng có thể
14
được áp dụng cho các thiết bị nóng khi chạy và cần không khí lưu thông tự
do.
2.1.5 Spread-spectrum clocking
Cái gọi là "Spread-spectrum clocking" là một kỹ thuật gần đây để giảm
độ phát xạ đo được, mặc dù nó không thực sự làm giảm công suất phát xạ tức
thời vì vậy vẫn có thể gây ra nhiễu cùng cấp với một số thiết bị đáp ứng nhanh.
Nó điều chỉnh tần số clock 1 hoặc 2% để truyền cho các hài và cung cấp cho
một phép đo đỉnh thấp hơn trên các bài kiểm tra độ phát xạ CISPR16 hoặc
FCC .

Hình 2.2 Ví dụ về giảm phát xạ của Spread-spectrum clocking
Tiếp tục tranh luận về những hiệu ứng có thể xảy ra của spread-spectrum
clocking đối với IC số phức tạp với các nhà cung cấp tuyên bố không có vấn
đề và một số chuyên gia vẫn kêu gọi thận trọng, nhưng ít nhất một nhà sản xuất
bo mạch chủ máy tính chất lượng cao đang sử dụng kỹ thuật này như là tiêu
chuẩn đối với sản phẩm mới.
Spread-spectrum clocking không nên được sử dụng cho thông tin liên lạc
quan trọng thời gian kết nối, chẳng hạn như Ethernet, kênh Fibre, FDDI, ATM,
15

SONET, và ADSL.
Hầu hết trong những vấn đề về độ phát xạ từ các mạch kỹ thuật số là do
đồng bộ clock. Kỹ thuật logic không đồng bộ (chẳng hạn như bộ vi xử lý
AMULET được phát triển bởi nhóm của Giáo sư Steve Furber tại UMIST) sẽ
làm giảm đáng kể tổng số độ phát xạ và cũng đạt được một sự trải phổ đúng
thay vì phát xạ tập trung tại các hài clock hẹp.
@3@6',+6<':%W'(:;8R:%W'(:,X0,H6<':Y:]-'(:,67:+7Td0,:%W'(
:;
2.2.1 Lựa chọn thành phần tương tự .
Chọn các thành phần tương tự cho EMC là không đơn giản như cho các
thành phần số vì sự đa dạng của đầu ra định dạng sóng. Tuy nhiên, như một
quy luật chung cho độ phát xạ thấp trong các mạch tuần tự tấn số cao là: thay
đổi điện áp, và khả năng lái dòng ở phía đầu ra nên được chọn theo những yêu
cầu tối thiểu để đạt được các chức năng (thiết bị và dung sai mạch, nhiệt độ,
vv ).
Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất đối với hầu hết các IC tương tự trong các ứng
dụng tần số thấp là sự nhạy cảm với các tín hiệu tần số vô tuyến giải điều chế
mà nằm ngoài dải hoạt động tuyến tính của chúng, và có rất ít bất cứ đặc tả dữ
liệu chi tiết kỹ thuật nào mà có thể xem như một là một hướng dẫn cho việc
này. Các đặc tả và các tiêu chuẩn để kiểm tra độ vượt nhiễu của các IC đang
được phát triển, và trong tương lai có thể mua IC có đặc tả của EMC trên các
datasheet của chúng.
Các batch hoặc các IC tương tự có mặt nạ thu nhỏ khác nhau có thể có
hiệu suất EMC khác biệt đáng kể cho cả hai độ phát xạ và độ vượt nhiễu. Điều
quan trọng là để kiểm soát các vấn đề này bằng cách thiết kế, thử nghiệm, hoặc
mua để đảm bảo tiếp tục những tuân thủ trong sản xuất hàng loạt, và một số kỹ
thuật phù hợp đã được mô tả trước đó (phần lựa chọn IC kỹ thuật số).
Các nhà sản xuất các phần tử tương tự nhạy hoặc tốc độ cao (và bộ
chuyển đổi dữ liệu) thường xuất bản EMC hoặc các chú thích về ứng dụng
16

SNR trong thiết kế mạch hoặc PCB layout. Điều này cho thấy họ quan tâm
cho các nhu cầu thực sự của khách hàng của họ, và có thể tư vấn khi thực hiện
một quyết định mua hàng.
2.2.2 Ngăn chặn các vấn đề về giải điều chế
Hầu hết các vấn đề về vượt nhiễu với các thiết bị tương tự bị gây ra bởi
giải điều chế RF.
Opamps rất nhạy cảm với nhiễu RF trên tất cả các chân của chúng, bất kể
sơ đồ hồi tiếp nào được sử dụng( xem hình 2.3)
Hình 2.3 Giải điều chế xảy ra trong tất cả các bán dẫn.
Các chất bán dẫn giải điều chế vô tuyến. Giải điều chế là vấn đề phổ biến
hơn cho các mạch tương tự, nhưng có thể sản sinh ra nhiều hiệu ứng thảm họa
hơn trong các mạch kỹ thuật số (khi phần mềm bị hỏng).
Thậm chí opamps giải điều chế giao thoa tăng đến tần số di động. Để
giúp ngăn chặn giải điều chế, các mạch tương tự cần phải duy trì tuyến tính và
độ ổn định trong quá trình giao thoa. Đây là vấn đề cụ thể cho các mạch hồi
tiếp. Kiểm tra độ ổn định và tuyến tính của các mạch hồi tiếp bằng cách loại bỏ
tất cả tải đầu vào, đầu ra và các bộ lọc, sau đó chèn sóng vuông có cạnh nhanh
17
(thời gian lên <1ns ) vào trong các đầu vào (và có thể vào đầu ra và các nguồn
cung cấp điện, thông qua các tụ điện nhỏ). Biên độ tín hiệu kiểm tra được thiết
lập để cho đầu ra pk -pk là khoảng 30%, để chặn xén tín hiệu. Tần số cơ bản
của tín hiệu kiểm tra phải gần trung tâm của dải thông dự định của mạch.
Đầu ra của mạch được quan sát với một bộ dao động 100MHz (ít nhất)
và thăm dò tốc độ đáp ứng và quá áp, ngay cả khi đối với mạch audio. Đối với
các mạch tương tự tốc độ cao sử dụng một phạm vi nhanh thích hợp hơn thì cần
cẩn thận sử dụng các kỹ thuật thăm dò tốc độ cao thích hợp.
Hình 2.4 Opamps giải điều chế tần số vô tuyến rất tốt.
Mạch hồi tiếp phải được điều chỉnh để tốc độ đáp ứng tối ưu nhất, quá áp
thấp .
Bất kỳ thời gian dài của chuông (dài hơn hai chu kỳ) hoặc các vụ nổ của

dao động cũng chỉ ra sự bất ổn.
Các lô IC khác nhau có thể có hiệu suất ổn định rất khác nhau, hầu hết
được mô phỏng một cách dễ dàng bằng cách làm mát và sưởi ấm các thiết bị
theo thử nghiệm trên một phạm vi nhiệt độ rộng (-30 đến +180
0
C) và đảm bảo
mạch nhanh và ổn định vì nó có thể đạt được qua toàn bộ phạm vi nhiệt độ.
18
Thay vào đó có thể kiểm tra bằng cách sử dụng một tần số quét, với một
máy phân tích quang phổ tại đầu ra. Cẩn thận không để đầu vào máy phân tích
phổ quá tải.
2.2.3 Các kỹ thuật mạch tương tự khác
Để đạt được sự ổn định tốt trong các mạch hồi tiếp thường yêu cầu tải
điện dung được đệm với một điện trở nhỏ hoặc cuộn cảm kháng ở bên ngoài
vòng lặp hồi tiếp.
Bộ tích hợp các mạch hồi tiếpthường cần một điện trở nhỏ (thường
khoảng 560W) mắc nối tiếp với mỗi tụ điện tích hợp lớn hơn khoảng 10pF.
Đừng cố gắng để lọc hoặc điều khiển băng thông RF cho EMC với các
mạch chủ động - chỉ sử dụng các bộ lọc thụ động (RC) bên ngoài bất kỳ vòng
lặp hồi tiếp nào. Phương pháp hồi tiếp tích hợp chỉ có hiệu quả ở tần số nơi
opamp có nhiều vòng lặp mở đáng kể hơn vòng lặp kín theo yêu cầu mạch của
nó. Nó không thể điều khiển hồi tiếp ở tần số cao hơn được.
Sau khi đạt được một mạch ổn định và tuyến tính, tất cả các kết nối của
nó có thể cần được bảo vệ bởi các bộ lọc thụ động hoặc các phương pháp nén
khác (ví dụ như opto-isolators). Bất kỳ mạch kỹ thuật số nào bên trong cùng
một sản phẩm sẽ gây ra nhiễu trên tất cả các mối liên kết nội bộ, và tất cả các
kết nối bên ngoài sẽ bị ảnh hưởng từ môi trường điện từ bên ngoài.
Các bộ lọc kết hợp với một IC nên kết nối với plane 0V cục bộ của nó.
Thiết kế bộ lọc có thể được kết hợp với việc cách ly galvanic (ví dụ như máy
biến áp) để cung cấp sự bảo vệ từ DC đến nhiều GHz. Sử dụng các đầu vào và

đầu ra cân bằng (khác biệt) có thể giúp giảm kích thước bộ lọc trong khi vẫn
duy trì sự từ chối tốt ở tần số thấp hơn.
Bộ lọc đầu vào hay đầu ra luôn luôn cần thiết nơi mà các dây cáp bên
ngoài được kết nối, nhưng có thể không cần nơi opamps nối với các opamps
khác. Bất kỳ mối liên kết có dây bên trong thùng không được che chắn có thể
cần lọc do ảnh hưởng của ăng-ten.
19
Các IC tương tự cần tách RF chất lượng cao của tất cả các nguồn cung
cấp điện áp và pin điện áp tham chiếu, làm như các IC kỹ thuật số.
Tuy nhiên, các IC tương tự thường cần cung cấp nguồn điện tần số thấp
bởi vì tỷ số triệt mức điện áp nguồn cung cấp (PSRR) của các thành phần tương
tự thường thấp cho các tần số trên 1kHz. Bộ lọc RC hoặc LC của mỗi thang
điện áp tương tự tại mỗi opamp, hoặc bộ chuyển đổi dữ liệu, có thể cần thiết.
Tần số góc và độ dốc của các bộ lọc cung cấp điện nên bù cho các tần số góc và
độ dốc của thiết bị PSRR, để đạt được các PSRR mong muốn trên toàn bộ dải
tần quen thuộc.
Các kỹ thuật truyền dẫn dòng có thể cần thiết cho tín hiệu tương tự tốc
độ cao (ví dụ như tín hiệu RF) tùy thuộc vào chiều dài của kết nối của chúng và
tần số cao nhất được truyền. Ngay cả đối với các tín hiệu tần số thấp, độ vượt
nhiễu sẽ được cải thiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật đường truyền cho các
mối kết nối, kể từ khi dây truyền tải với chiều dài bất kỳ hoạt động như ăng ten
và không cộng hưởng.
Không có nhiều hướng dẫn thiết kế EMC đề cập đến thiết kế RF. Bởi vì
các nhà thiết kế RF nói chung là rất giỏi với hầu hết các hiện tượng EMC liên
tục. Tuy nhiên, dao động cục bộ và tần số IF thường bị rò rỉ quá nhiều, vì vậy
cần quan tâm hơn nữa đến vấn đề che chắn và lọc.
Tránh việc sử dụng các đầu vào hoặc đầu ra có trở kháng cao. Chúng rất
nhạy với điện trường. Bởi vì trở kháng song của không khí là 377W, điện
trường có ảnh hưởng đến bên ngoài vùng lân cận của vùng phát xạ.
Bởi vì hầu hết sự phát xạ là từ các sản phẩm được gây ra bởi điện áp và

dòng điện, và bởi vì hầu hết các mối đe dọa môi trường điện từ (được mô
phỏng bằng cách kiểm tra khả năng vượt nhiễu) là phổ biến, sử dụng kỹ thuật
gửi và nhận cân bằng trong các mạch tương tự có nhiều thuận lợi cho EMC,
cũng như để giảm nhiễu xuyên âm.
20
Các máy so sánh mẫu phải có độ trễ (hồi tiếp dương) để chặn quá trình
chuyển tiếp ngõ ra sai do tiếng giao thoa và nhiễu.
Một số IC tương tự đặc biệt dễ bị bức xạ. Chúng có thể được hưởng lợi
vì được che chắn bằng hộp kim loại nhỏ được hàn vào PCB (chú ý việc cung
cấp đủ tản nhiệt).
Hình 2.5 cho thấy một mạch opamp đơn giản (khuyếch đại đảo) được áp
dụng một số các kỹ thuật được mô tả ở trên . Mặc dù mạch sử dụng tín hiệu kết
thúc đơn (tức là sử dụng trả lại tín hiệu 0V) và không cân bằng, cuộn cảm
kháng chế độ chung sẽ cải thiện hiệu suất EMC khi được sử dụng trong các bộ
lọc đầu vào và đầu ra.
Hình 2.5 Mạch opamp đơn giản
Các bộ lọc đầu vào hay đầu ra luôn luôn cần thiết nơi mà các dây cáp
bên ngoài được kết nối, nhưng có thể không cần thiết nơi opamps kết nối với
các opamps khác .
21
@3K3,67:+7T-)\0,J_e'Td0,
Công nghệ này là vốn đã gây nhiễu điện từ và sản sinh ra rất nhiều giao
thoa nếu không kiểm soát chắc, được nêu dưới đây. Những kỹ thuật này cũng
giúp cho điện áp nguồn cung cấp chuyển đổi ít nhiễu , đủ để cung cấp điện áp
cho mạch tương tự.
2.3.1 Lựa chọn topology và thiết bị
Chuyển đổi điện áp nên nhẹ nhàng hơn đột ngột, giữ cả hai dV / dt và dI /
dt thấp ở tất cả các lần. Có một số mạch topo sản sinh ra độ phát xạ thấp nhất
bằng cách giảm dV/dt và di/dt, trong khi cũng làm giảm áp lực lên các
transistor chuyển đổi. Chúng bao gồm ZVS (zero-voltage switching), ZCS

(zero current switching), chế độ cộng hưởng (một loại ZCS), SEPIC (single-
ended primary inductance converter).
Trong topo truyền thống (nhiều nhiễu hơn) , nơi mà các thiết bị điện áp
không chuyển tại điện áp zero hoặc dòng điện zero, không đúng khi nói rằng
việc giảm thời gian chuyển mạch luôn dẫn đến cải thiện hiệu quả. Tất cả các
hệ thống, mạch, và các phần tử có tần số tự nhiên cộng hưởng ở tần số vô
tuyến. Khi dạng sóng của một mạch có chứa phần tử quang phổ gần với tần số
cộng hưởng tự nhiên cộng hưởng của nó sẽ được 'kích thích' và gây dao động
không mong muốn và phát xạ, và quá áp tăng cao trong các thiết bị chuyển
điện áp và thậm chí phá hủy cho nó.
Triệt cộng hưởng này đòi hỏi kỹ thuật snubbing , cũng như yêu cầu các
phần tử tốn kém và diện tích PCB. Vì vậy, chuyển mạch với tốc độ càng nhanh
hơn (có nghĩa là có tần số ngày càng cao) cuối cùng dẫn đến hiệu quả giảm dần
và độ tin cậy trở nên tồi tệ hơn.
Từ quan điểm EMC, chuyển mạch nhanh hơn có nghĩa là nhiều năng lượng
hơn trong các tần số hài cao hơn, do đó bộ lọc lớn hơn và phức tạp hơn và cần
che chắn. Bộ chuyển đổi điện áp được thiết kế kém, hài sẽ tăng đến 1000 lần so
với tốc độ chuyển mạch cơ bản , gây thất bại trong việc kiểm tra độ phát xạ.
22
Một trong những vấn đề của chuyển đổi điện áp FETs là tốc độ thay đổi
của điện áp máng là một hàm phi tuyến tính theo điện áp cổng . Sử dụng gate
charge mode ( gồm hiệu ứng Miller từ Cdg) cung cấp độ chính xác cao hơn khi
thiết kế mạch cổng để nó điều khiển điện áp máng dV / dt.
2.3.2. Tinh chỉnh (Snubbing)
Snubbing rất cần thiết để bảo vệ các transistor chuyển mạch bởi sự cộng
hưởng của các yếu tố bị lạc trong các phần tử mạch sinh ra điện áp đỉnh . Hình
5 cho thấy rò rỉ tự cảm và điện dung tiêu biểu của một biến áp cách ly.
Hình 2.6 Mạch chuyển đổi rất cần snubbing
Một mạch cộng hưởng gây ra quá áp lớn hơn cả khi dòng được thay đổi
đột ngột. Trên một quang phổ phát xạ, các cộng hưởng thường được xem như

một sự thay đổi thường xuyên trong màng bao độ phát xạ.
Trong trường hợp của máy biến áp, snubbers được kết nối qua cuộn dây
để quá áp cuộn dây bị triệt tiêu. Snubbers có trong nhiều loại: Một điện trở và
tụ điện trong nối tiếp (kiểu RC ) thường là tốt nhất cho EMC nhưng khi chạy có
thể nóng hơn các loại khác.
23
2.3.3 Tản nhiệt
Tản nhiệt có điện dung khoảng 50pF của thiết bị điện TO247, và điện
dung tương tự như kiểu đóng gói khác, được ghép mạnh mẽ cùng với dV / dt
của collector hay máng và có thể tạo ra độ phát xạ mạnh mẽ thông qua điện
dung stray của các thành phần khác. Tốt nhất là kết nối tản nhiệt thiết bị chuyển
mạch sơ cấp trực tiếp với một trong các thang điện áp DC sơ cấp.
Điều quan trọng là để dòng RF tiêm vào tản nhiệt (thông qua điện dung
50pF ) càng nhanh càng tốt để nguồn của nó trong khi bao quanh diện tích
vòng nhỏ nhất, để tránh thay thế vấn đề phát xạ điện trường bằng một vấn đề
phát xạ từ trường . Luôn luôn cho phép một số lặp đi lặp lại trên một nguyên
mẫu để tìm ra phương pháp nén tản nhiệt tốt nhất (ví dụ, thang DC kết nối các
tản nhiệt là tốt nhất).
Một cách khác là sử dụng tản nhiệt cách điện nhiệt. Lớp bảo vệ bên
trong của nó được nối với thang DC thích hợp. Các tản nhiệt có thể bị cách ly
hoặc được kết nối với khung . Mặc dù điều này là an toàn nhất, nhưng nó là tốn
kém hơn.
Vấn đề tương tự với tản nhiệt của chỉnh lưu thứ cấp, nhưng tản nhiệt của
chúng thường được kết nối với 0V để không phải lo lắng an toàn.
2.3.4 Bộ chỉnh lưu
Các chỉnh lưu được sử dụng cho bánh đà chính và chỉnh lưu thứ cấp có thể
gây ra rất nhiều nhiễu do dòng điện ngược.
Các thiết bị chuyển mạch nhanh hơn ít nạp ngược hơn (dòng x thời gian)
và gây ra ít nhiễu hơn. Nhưng nếu chúng là các kiểu chuyển mạch cứng, chúng
có thể kích thích cộng hưởng trong các phần tử chuyển đổi (đặc biệt là biến áp

cách ly) và gây ra quá áp và phát xạ.
Tốt nhất cho EMC là sử dụng các loại chỉnh lưu có hoạt động nhanh
nhưng đặc tuyến chuyển mạch mềm, như hình 2.7
24
Hìn
h
2.7
Chỉnh lưu chuyển mạch mềm hồi phục nhanh
25