AN2155 PSoC® EMI 设计注意事项 作者： Dennis Seguine 相关项目：无 相关产品系列：所有 PSoC 1、PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 器件 软件版本：不适用 相关应用笔记：请点击此处。 要想获得本应用笔记的最新版本或相关项目文件，请访问 http://www.cypress.com/go/AN2155。 AN2155 介绍了如何设计符合 EMC 标准的基于 PSoC®阵列的系统，从而可轻松进行各种新设计，并提供更加强健且成本低 的系统。 1 简介 所有电子设备都要符合特定的限制，以满足发射能量和抗扰性的要求。这些限制由美国联邦通信委员会（FCC）和其 他国家的类似监管机构制定。这些规定有助于确保电子设备不会相互干扰，例如：在使用设备时，您的电脑不会对电视 造成干扰；更严重的情况下，医院的 X 光机或通风设备不会破坏关键医疗监测仪进行的操作。 现代的高速数字电子设备能够生成诸多超高速信号，它们可能产生大量噪声。基本上，CMOS 模拟和数字电路的输入 阻抗是极大的。这样会使它们对外部电场非常敏感。因此，需要采取合适的预防措施，以确保这两种电路在存有大量辐 射和传导（干扰）能源的环境中能够正常工作。 本应用笔记概括了相关的基本规范，并且提供了安全性和兼容性设计的指南。 如果您尚不了解 PSoC 器件，请参考下面材料，以了解各个器件及其可用工具： 2 AN75320 — PSoC 1 入门 AN54181 — PSoC 3 入门 AN79953 — PSoC 4 入门 AN77759 — PSoC 5LP 入门 规范 在美国，计算器件根据 FCC 标准的 47 CFR 中第 15 部分的子部分 B“无意发射器”进行调节。而欧洲和其他地区则遵 循 CENELEC 标准。对于发射，这些规定遵循 CISPR 标准（双标记为 EN xxxxx 标准）；对于抗干扰和安全能力，则 遵循 IEC 标准（同样双标记为 EN xxxxx 标准）。 计算器件的通用发射规范为 EN 55022。该标准包含了辐射和传导发射的相关规范。在美国，医疗设备并非由 FCC 调 节，而是受 FDA 规格限制。该规格包含了 EN 55011 要求（即欧洲医疗设备标准）。具有电机控制的设备要遵循 EN 55014 标准，而照明设备要满足 EN 50015 标准。这些规范对辐射和传导发射具有相同的基本性能限制。 EN 61000-4 中的某些章节指定了抗辐射和抗传导干扰（抗扰）的性能要求。该标准还涵盖了线路电压瞬态、ESD 以及 安全事项。 电子工业中每一部分都有其自身的附加标准。例如，电表应遵循 EN 61036 标准，该电表调用了 EN 55022 标准中某些 特殊性能的参数。电力线通讯设备遵循 EN 50065 标准，它包含了某些频带的有效电压，以及信号频率中谐波能量的限 制。 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 1 PSoC® EMI 设计注意事项 3 发射 3.1 辐射发射 辐射发射主要表现在输入和输出上存在一系列的数字瞬变信号发生。数字输出的带宽应被最大可能的限制。PSoC 1 器 件通过全局总线结构将 I/O 信号频率限制为 12 MHz。PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 器件通过一个可选的转换率将其 I/O 信号频率限制为 33 MHz。这种时钟限制是第一种抗辐射发射的方法。 各种 PSoC 器件（如 CY8C22xxx、CY8C24xxx、CY8C27xxx、CY8C3xxx、CY8C4xxx 和 CY8C5xxx）以及计划中将 来所有新一代产品都能支持用于使能更慢的上升和下降时间的选项，从而限制数字输出上的谐波能量。该选项不适用上 一代的器件，CY8C25xxx 和 CY8C26xxx。 电路板上高速走线的长度越短越好。如果该信号离开电路板后去驱动某个外部负载，那么该电路板应在芯片所在的位置 安装一个串行终端电阻，以提供所需带宽限制。15-50 Ω 的电阻通常可以满足被用在高速走线上。请注意，处于逻辑 1 状态的数字输出（通过输出 P 通道上 FET 二极管的电阻 RDS(ON)）直接连接到 VDD。因此，VDD 总线将直接被连接到该 输出上；从而在 VDD 总线上出现的任意高频率的噪声同时也会出现在该输出上。请注意，在 PSoC 芯片上需要使用一 个耦合高频率的旁路电容连接在 VDD 与 VSS 间。旁路电容器走线的长度应尽量短，并且应该在可安装的位置上使用接地 层和电源层。 如果您正在使用 CapSense®（PSoC 的电容式触摸感应特性），请参见 AN64846 — CapSense 入门，以了解 EMI 的 注意事项。 3.2 传导发射 传导发射是由相对低频 FR 传入电源系统的功能引起的。在 PSoC 器件的电源引脚上需要放置各个高频旁路电容和一个 大容量旁路电容，从而满足 PSoC 器件附近的大型瞬态负载的要求，这样可有效阻止 PSoC 芯片去耦现象以及它从电 源系统中直接获取的负载。 开关电源瞬变干扰并不是在某个 PSoC 芯片上的问题，但是它代表了大部分的传导发射。有两种标准设计方式可以降 低这种噪声：一是在输入电源接口上使用差分和公用模式电感；二是使用高压电容将 AC 线和 AC 中性线接地。 4 敏感性 4.1 辐射敏感性 电能会影响系统测量的结果，并且可能影响处理器内核的运行。在印刷电路板范围内，该电能将通过各个引脚影响 PSoC 芯片。然而，辐射能量直接干预该芯片的可能性非常少。 合理的电路板布局以及良好的 PSoC 项目设计是防止辐射能量干扰的好办法。请按照下面步骤进行操作： 4.2 1. 最小化传入到芯片的信号源的源阻抗（若可以）。 2. 最小化输入信号走线的环路大小。 3. 在可设置的位置上使用接地层。 4. 将未使用的输出端设置为强驱动数字输出，并将逻辑状态设置为 0。 传导敏感性 通过驱动 PSoC 芯片的电源超出范围，电能会影响系统测量的结果，并干扰处理器内核的运行。在公用模式和差分模 式下，可以使用各种扼流圈以及瞬态电压抑制器（如金属氧化物变阻器：MOV）来保护电线输入。 更多有关信息，请参见下面的应用笔记： AN57821 — PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 混合信号的电路板布局注意事项 AN80994 — PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP EMC 的最佳实践及建议 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 2 PSoC® EMI 设计注意事项 5 EMI 测试 辐射发射测量最先是在一个消声室内进行的，这样可以生成一系列不固定的频率。然后，将测试设备转移到测试场地内 一个开放的区域。只有在 EUT 方位角和天线高度上进行辐射发射测试才能检测到辐射发射的最大级别。这便要求使用 转盘和天线定位器来调整天线的高度，并将其方向从横向改为纵向。 传导发射测量必须在 150 kHz 到 30 MHz 的频率范围内进行，从而确定由器件的电源输入端传导出的对地无线电噪声 的电压，这些输入端直接被（或通过单独的变压器或供电源）连接到一个公共电网。通常使用普通的电源线或者类似于 电源线并具有电子或各种屏蔽特性的线缆对设备进行测试。 辐射抗扰性测试是在一个屏蔽且够大的消声室内进行的，这样便于存放整个测试系统并能够充分控制整个电磁场的强 度。测试的系统所处环境要保持具有相同的电磁场强度。 频率步进和电源要求在各个相关标准中进行了说明。需要控制测试系统的输出，从而防止传入干扰。 通过将 RF 信号传输到外部电源以及带有夹具的信号线缆上，可进行传导抗扰性测试。 在此情况下，电源和信号线缆 作为被动一方接收天线网所发送的信号。 6 设计示例 赛普拉斯的各种开发套件都是通过了所需 EMI 测试的 PSoC 设计示例。图 1 显示的是 CY8CKIT-044 PSoC 4 M 系列的 Pioneer 套件。 图 1. CY8CKIT-044 欲了解更多相关信息，您可以从 CY8CKIT-044 网址上下载该套件的设计文件。 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 3 PSoC® EMI 设计注意事项 图 2 和图 3 显示的是该套件在 30 MHz 到 1 GHz 的频率范围内的辐射发射。 图 2. 使用纵向天线测量到的频谱图 图 3．使用横向天线测量到的谱图 7 总结 针对电磁发射和抗扰性的设计是一个系统级主题。本应用笔记涵盖了设计过程中一些通用的注意事项。另外，还介绍了 辐射和传导发射以及抗扰性的测试方法。 8 相关应用笔记 AN75320 — PSoC 1 入门 AN54181 — PSoC 3 入门 AN79953 — PSoC 4 入门 AN77759 — PSoC 5LP 入门 AN57821 — PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP 混合信号的电路板布局注意事项 AN80994 — PSoC 3、PSoC 4 和 PSoC 5LP EMC 最佳实践及建议 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 4 PSoC® EMI 设计注意事项 9 设计参考源 针对 EMC 注意事项的设计是一项主要并需要尽力推广的主题。下面列出了作者引用最多的参考源： Henry Ott，电子系统中的降低噪声技术，第二版。John Wiley & Sons 出版社。 David Terrell 和 R. Kenneth Keenan，符合干扰规格的数字设计：EMI 抑制的实用手册。Newnes 出版社。 William D. Kimmel 和 Daryl D. Gerke，医疗设备的电磁兼容性：设计员和安装员指南。IEEE Press 出版社。 关于作者 姓名： Dennis Seguine。 职务： MTS 应用工程师 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 5 PSoC® EMI 设计注意事项 文档修订记录 文档标题： AN2155 — PSoC® EMI 设计注意事项 文档编号： 002-03848 版本 ** ECN 4980425 www.cypress.com 原始变更 NBWB 提交日期 10/27/2015 变更说明 本文档版本号为 Rev**，译自英文版 001-35343 Rev*C。 文档编号：002-03848 版本** 6 PSoC® EMI 设计注意事项 全球销售和设计支持 赛普拉斯公司具有一个由办事处、解决方案中心、厂商代表和经销商组成的全球性网络。要想查找离您最近的办事处，请访问赛 普拉斯办公所在地。 产品 PSoC®解决方案 汽车级产品 cypress.com/go/automotive psoc.cypress.com/solutions 时钟与缓冲区 cypress.com/go/clocks PSoC 1 | PSoC 3 | PSoC 4 | PSoC 5LP 接口 cypress.com/go/interface 赛普拉斯开发者社区 照明与电源控制 cypress.com/go/powerpsoc 社区 | 论坛 | 博客 | 视频 | 培训 存储器 cypress.com/go/memory 技术支持 PSoC cypress.com/go/psoc 触摸感应 cypress.com/go/touch USB 控制器 cypress.com/go/usb 无线/射频 cypress.com/go/wireless cypress.com/go/support PSoC 是赛普拉斯半导体公司的注册商标，且 PSoC Creator 是赛普拉斯半导体公司的商标。此处引用的所有其他商标或注册商标归其各自所有者所有。 赛普拉斯半导体公司 198 Champion Court San Jose, CA 95134-1709 电话 传真 网址 ：408-943-2600 ：408-943-4730 ：www.cypress.com ©赛普拉斯半导体公司，2007-2015。此处所包含的信息可能会随时更改，恕不另行通知。除赛普拉斯产品内嵌的电路外，赛普拉斯半导体公司不对任何 其他电路的使用承担任何责任。也不根据专利或其他权利以明示或暗示的方式授予任何许可。除非与赛普拉斯签订明确的书面协议，否则赛普拉斯不保证 产品能够用于或适用于医疗、生命支持、救生、关键控制或安全应用领域。此外，对于有可能因为发生功能异常和故障而对用户造成严重伤害的生命支持 系统，赛普拉斯不授权将其产品用作此类系统的关键组件。若将赛普拉斯产品用于生命支持系统中，则表示制造商将承担因此类使用而招致的所有风险， 并确保赛普拉斯免于因此而受到任何指控。 该源代码（软件和/或固件）均归赛普拉斯半导体公司（赛普拉斯）所有，并受全球专利法规（美国和美国以外的专利法规）、美国版权法以及国际条约 规定的保护和约束。赛普拉斯据此向获许可者授予适用于个人的、非独占性、不可转让的许可，用以复制、使用、修改、创建赛普拉斯源代码的派生作 品、编译赛普拉斯源代码和派生作品，并且其目的只能是创建自定义软件和/或固件，以支持获许可者仅将其获得的产品依照适用协议规定的方式与赛普 拉斯集成电路配合使用。除上述指定的用途外，未经赛普拉斯明确的书面许可，不得对此类源代码进行任何复制、修改、转换、编译或演示。 免责声明：赛普拉斯不针对此材料提供任何类型的明示或暗示保证，包括（但不限于）针对特定用途的适销性和适用性的暗示保证。赛普拉斯保留在不做 出通知的情况下对此处所述材料进行更改的权利。赛普拉斯不对此处所述之任何产品或电路的应用或使用承担任何责任。对于可能发生运转异常和故障并 对用户造成严重伤害的生命支持系统，赛普拉斯不授权将其产品用作此类系统的关键组件。若将赛普拉斯产品使用于生命支持系统中，则表示制造商将承 担因此类使用而招致的所有风险，并确保赛普拉斯免于因此而受到任何指控。 产品使用可能受限于赛普拉斯软件许可协议。 www.cypress.com 文档编号：002-03848 版本** 7