原创 单片机的电磁辐射（Emission）

这里谈谈的单片机的辐射的部分，大体的内容来自Motorola的培训材料：
MICROCONTROLLER DESIGN GUIDELINES FOR ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY
Microcontroller EMC Resources In Motorola
基本的电磁骚扰模型如下：

本博文只考虑单片机作为骚扰源的情况。
CMOS的单片机骚扰源可分为四个主要部分：
1.由内部开关引起的电源和地线之间的电流
As CMOS devices switch, time-varying currents flow on power and ground lines and contribute to both radiated and conducted EMI in several different ways. 在单片机电源和地线上时变的电流是电磁辐射和造成干扰的重要因素。当单片机内部开关切换的，电流从旁路电容中流入或者流出，这个环路包括旁路电容，到单片机电源脚的PCB引线，单片机的封装和bond的引线和从单片机地引脚的返回路径。在这个过程中，电流流过寄生电感（PCB导线，封装和bond线）引起的电压变化也会加剧电磁辐射。


CMOS电流可分为三类：负载电流，穿通电流，和直流电流。

负载电流用于对输出的容性负载进行充电或放电，负载电流是由CVF决定（C：内部负载电容，V是电压，F：控制信号频率）。负载电流的峰值由内部的Rdson和C组成的RC电路决定。
穿通电流【重叠电流，短路电流】，是从单片机在切换过程中，PMOS和NMOS同时导通时候，电源到地线的电流。
直流电流：一般是模拟电路的偏置电流，直流电流不会引起电磁辐射。
开关过程中，负载电流和穿通电流同时产生，如果输出的频率确定的话，越大的单片机的Rdson较小，峰值电流就越大。
这部分可参考：谈谈旁路和去藕电容-原理部分
2.单片机输出电流
外部输出开关电流和内部的开关变化是类似的，只不过返回路径有所不同，从下图看回流路径很大。

3.晶振部分
晶振电路为单片机提供了时钟源，典型的振荡电路如图。芯片内放大器输出信号到缓冲器，缓冲器再给到单片机内部时钟产生电路。任何时变电流在各个部分都会形成辐射，包括电源，输入和输出到地线部分的电流流动。

输入信号一般正弦波形，某些情况下，输入信号可能超过或VDD-VSS。如果发生这种情况，信号被二极管嵌位。电容过大也能导致波形的失真，无论是哪种情况，其结果是增加了谐波成分。

放大器与其旁路电容的电流回路是一个潜在的辐射源，由于输入电压波形的变化，由于晶振的Idd电流波形与不同应用相关。三种输入电压会产生三种不同的电流，晶振信号的散失大小决定了放大器的放大区域。如果工作在线性区域，Idd包括穿通电流，很多单片机采用低阻抗反向器作为晶振的放大器，这样可以使用任何的晶振，不过导致的结果就是更高的Idd电流和更大的辐射。
4.开关噪声
当信号边沿很快的时候，由于回路寄生电感和负载电容可产生振荡，计算公式如下：

这个噪声一般称为同步开关噪声SSN。这里也可参考下面博文的分析：
谈谈旁路和去藕电容-原理部分



上面所说的干扰源可以近似为周期性的梯形脉冲，通过傅立叶变化可查看频率成分。脉冲：振幅A，宽度T，且上升和下降时间tr和tf。

关于单片机辐射大概就是这些内容了。