车辆电磁兼容基础：元器件敏感度特性及发射特性

元器件电磁兼容性问题的关键是模拟和逻辑有源器件的选择，必须注意有源器件固有的电磁敏感度特性和电磁骚扰发射特性。

1.电磁敏感度特性

为信号接收和信号处理所设计的芯片或器件可以分为调谐器件和基本频带器件两类。调谐器件起着带通元件作用，包含对中心频率及其附件频率的接收与放大，如通信接收机、各类放大器等，其频率特性包括中心频率、带宽、选择性和带外乱真响应等。基本频带器件起低通元件作用，包含从直流到截止频率的接收与放大，如低频放大器、视频放大器等。其频率特性包括截止频率和截止频率以外的抑制特性，以及带外乱真响应等。此外，这两种器件还具有两种重要特性，即输入阻抗和输入端的对称或不对称特性。

这两种器件最重要的敏感度参数是带内敏感度，这决定了它们的敏感度特性。灵敏度和带宽是评价敏感器件最重要的参数，灵敏度越高，带宽越大，抗扰度越差。

模拟器件的灵敏度以器件固有噪声为基础，器件固有噪声的信号强度或最小可识别的信号强度称为灵敏度。模拟器件的带内敏感度特性取决于灵敏度和带宽。

逻辑器件的带内灵敏度特性取决于噪声容限或噪声抗扰度，噪声容限即叠加在输入信号上的噪声最大允许值，噪声抗扰度可表示为

噪声容限可分为直流噪声容限和交流噪声容限。直流噪声容限把逻辑器件的抗扰度和逻辑器件典型输出翻转电压联系起来。交流噪声容限进一步考虑了逻辑器件的延迟时间，如果骚扰脉冲的宽度很窄，逻辑器件还没有来得及翻转，骚扰脉冲就消失了，就不会引起干扰。噪声能量容限同时包含了典型输出翻转电压、延迟时间和输出阻抗，定义为

式中，N_e为噪声能量容限；U_TH为逻辑器件典型输出翻转电压；T_pd为延迟时间；Z₀为输出阻抗。

如果噪声能量大于噪声能量容限，则逻辑器件将误翻转。

通常用电磁敏感度的大小来表示元器件受干扰的难易程度。元器件敏感度越高，则其对电磁干扰越灵敏，抗干扰能力就越差。(www.xing528.com)

以ECL芯片为例，其典型输出翻转电压为0.8V，直流噪声容限为0.1V，故噪声敏感度仅有1.2%。若选择CMOS芯片，其典型输出翻转电压为5V，直流噪声容限为1V，故噪声抗扰度可达20%，所以应当选用CMOS芯片。

元器件的敏感度特性主要包括：静电放电敏感度（ESD）、辐射敏感度和传导敏感度。静电放电这一现象早已被注意过，现在随着集成电路的发展已变得日益重要。静电放电的基本现象就是静电在人体或其他物体上建立，随后当人或物体接触产品时就会有放电现象发生。静电电压的幅值可达到25kV。当发生放电时，产生的大电流会瞬时通过产品。这种电流会引起IC存储器清零，控制器重启等。因此，生产商会对产品施加一个代表典型现场环境的受控ESD来测试产品对ESD现象的敏感度，并且决定他们的产品能否顺利工作。静电放电敏感度是电子元器件的重要可靠性参数之一，它反映了元器件抵抗静电放电损伤的能力。静电放电敏感度主要是由元器件的种类决定的，但同类的元器件由于结构、工艺、尺寸的不同，其抗静电能力会有很大差异，而且随着尺寸越来越小，元器件的抗静电能力会越来越弱。大量新发展起来的特种器件如单片集成电路、新型的纳米器件及高频声表面波器件等多数都是静电敏感元器件。

辐射敏感度是针对辐射干扰而言的，其定义是指辐射干扰场引起的设备性能降级的量度；而传导敏感度则是针对传导辐射干扰而言的，其意义是指传导干扰引起的设备性能降级的量度。

2.元器件的发射特性

电子噪声主要来自设备内部的元器件，包括热噪声、散弹噪声、分配噪声、1/f噪声、天线噪声等。逻辑器件的电磁骚扰发射包括传导骚扰和辐射骚扰。传导骚扰可通过电源线、信号线、接地线等金属导线传输；辐射骚扰可由器件或通过充当天线的互连线进行辐射。凡是有骚扰电路经过的地方都会产生电磁骚扰发射。

传导骚扰随频率成正比增加，辐射骚扰则随频率平方而增加，所以，频率越高就越容易产生辐射。

图5-1 典型逻辑器件的电压频谱

逻辑器件是一种骚扰发射较强的、最常见的宽带骚扰源，器件翻转时间越短，对应的逻辑脉冲所占频谱越宽，如图5-1所示，频谱宽度BW可表示为

式中，t为脉冲信号上升时间。实际的辐射频率范围可能达到BW的10倍以上。例如，t=2ns时，频谱宽度BW=159MHz，实际辐射频率范围可达1.6GHz以上。