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

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

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

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.

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

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.

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

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

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

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