【導讀】在我理想的數字世界中，也是我經(jīng)常夢(mèng)想的，就是信號電壓裕量總是正的，信號時(shí)序裕量總是正的，電源電壓總是在工作電壓范圍內，芯片的工作環(huán)境是完全良性的。
作者：Graeme Clark，Jackie Chen
不幸的是，我們沒(méi)有人生活在這個(gè)理想的世界里，無(wú)論我多么想?，F實(shí)世界是嘈雜的和讓人不愉快的，我們設計中的供電從來(lái)都不是完美的。電源電壓可能降至正常工作電壓范圍以下，從而導致系統故障；開(kāi)關(guān)瞬變會(huì )產(chǎn)生噪聲并降低信號裕量；阻抗不連續性會(huì )使信號失真，從而降低信號裕量等等。
圖1
更糟糕的是，因為應對靜電放電，雷電浪涌導致的系統中斷或破壞，我們還把來(lái)自?xún)炔亢屯獠吭吹脑肼曔M(jìn)行了輻射或傳導，同時(shí)熱應力、機械應力和組件老化等等都可能導致系統故障。在這個(gè)簡(jiǎn)短的系列博客中，我想看看其中的一些問(wèn)題，以及我們可以應用于設計的一些措施，以消除或至少最小化其中一些問(wèn)題。
在本篇文章中，我想看看一些典型的噪音源。此處表格顯示了電磁兼容性（EMC）的兩種類(lèi)型。EMC被定義為電子設備在其預期的電磁環(huán)境中正常運行的能力。
EMC包括兩種不同的類(lèi)型：EMI（電磁干擾）以及EMS（電磁耐受性）。EMI通常被稱(chēng)為輻射噪聲，是指設備本身在執行正常功能的過(guò)程中所產(chǎn)生不利于其它系統的電磁噪聲，而EMS被稱(chēng)為噪聲敏感性，是指設備在執行應有功能的過(guò)程中不受周?chē)姶怒h(huán)境影響的能力。
在下表中，您可以看到不同類(lèi)型的EMC及其引起的典型現象。第三列列出了一些可能受到EMI和EMS影響的典型產(chǎn)品，導致操作干擾或系統損壞。此列表只是做了一些簡(jiǎn)單舉例，目的是為了顯示一些典型案例。
圖2
25年前，像瑞薩H8系列這樣的產(chǎn)品，采用的是當時(shí)相當先進(jìn)的工藝技術(shù)實(shí)現，使用1.0μm甚至0.8μm CMOS技術(shù)。但今天的產(chǎn)品采用了先進(jìn)得多的工藝技術(shù)，像我們RA微控制器系列中的最新產(chǎn)品采用的是40納米技術(shù)，線(xiàn)寬比以前使用的H8小25倍。
隨著(zhù)最新器件中的晶體管尺寸變小，更重要的是，晶體管開(kāi)關(guān)頻率變快，噪聲成為導致器件故障的一個(gè)日益增加的因素。
圖3
在上圖中，您可以看到使用新舊技術(shù)的器件之間的簡(jiǎn)化比較，上半部分顯示的是溝道長(cháng)度為1μm的晶體管操作，該器件通常以當時(shí)的8 MHz快速時(shí)鐘工作，晶體管開(kāi)關(guān)速度較慢，信號寬度遠比噪聲寬度要寬，而下半部分為晶體管溝道長(cháng)度為40nm的新器件，工作頻率高達200 MHz或更高，這樣在同樣的噪聲條件下，區分噪聲與有效信號就會(huì )變得更困難。同時(shí)在這種情況下，你可以看到切換時(shí)間要快得多，對于最新的設備，我們試圖處理的信號可能比噪聲信號快。因此，當我們轉向更小的工藝制程時(shí)，噪聲將成為一個(gè)更大的問(wèn)題。瑞薩在芯片設計上采取了許多相對應的措施，設計了有助于在這種環(huán)境下工作的功能，比如精心設計的電源電路，優(yōu)化的I/O緩沖器以及專(zhuān)業(yè)的保護電路等。但盡可能地在應用設計中減少這些噪聲仍然非常重要，因為如果噪聲最后進(jìn)入設備，都是很難消除的。
在本系列的下一篇文章中，我們將更詳細地介紹一些典型的噪聲源。
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