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来源 | 张飞实战电子

内容摘要

随着单片机系统越来越广泛地应用于消费类电子、医疗、工业自动化、智能化仪器仪表、航空航天等各领域，单片机系统面临着电磁干扰(EMI)日益严重的威胁。电磁兼容性(EMC)包含系统的发射和敏感度两方面的问题。如果一个单片机系统符合下面三个条件，则该系统是电磁兼容的：

① 对其它系统不产生干扰;

② 对其它系统的发射不敏感;

③ 对系统本身不产生干扰。

假若干扰不能完全消除，但也要使干扰减少到最小。干扰的产生不是直接的(通过导体、公共阻抗耦合等)，就是间接的(通过串扰或辐射耦合)。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射，很多电磁发射源，如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰;AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。

在高速单片机系统中，时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源，这些电路可产生高达300 MHz的谐波失真，在系统中应该把它们去掉。另外，在单片机系统中，最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。

干扰的耦合方式

1、 传导性EMI

一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可捡拾噪声并把噪声送到其它电路引起干扰。设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声引起干扰前，用去耦办法除去噪声。最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源，则在电源线进入电路之前必须对其去耦。

2、公共阻抗耦合

当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定，来自两个电路的地电流流经共地阻抗。电路1的地电位被地电流2调制，噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。

3、 辐射耦合

经辐射的耦合通称串扰。串扰发生在电流流经导体时产生电磁场，而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。

4、 辐射发射

辐射发射有两种基本类型：差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意的压降引起的，它使电路中所有地连接抬高到系统地电位之上。就电场大小而言，CM辐射是比DM辐射更为严重的问题。为使CM辐射最小，必须用切合实际的设计使共模电流降到零。

影响EMC的因数

① 电压。电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。

② 频率。高频产生更多的发射，周期性信号产生更多的发射。在高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

③ 接地。在所有EMC问题中，主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率低于1 MHz时，可采用单点接地方法，但不适于高频;在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地，而高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。

④ PCB设计。适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

⑤ 电源去耦。当器件开关时，在电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压，高di/dt产生大范围高频电流，激励部件和线缆辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

印刷电路板(PCB)的电磁兼容性设计

PCB是单片机系统中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高。PCB设计的好坏对单片机系统的电磁兼容性影响很大，实践证明，即使电路原理图设计正确，印刷电路板设计不当，也会对单片机系统的可靠性产生不利影响。

例如，如果印刷板两条细平行线靠得很近，则会形成信号波形的延迟，在传输线的终端形成反射噪声。因此，在设计印刷电路板的时候，应注意采用正确的方法，遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。

一、PCB设计的一般原则

要使电子电路获得最佳性能，元器件的布局及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、成本低的PCB，应遵循以下一般性原则。

1、特殊元器件布局

首先，要考虑PCB尺寸的大小：PCB尺寸过大时，印刷线条长，阻抗增加，抗噪声能力下降，成本也增加;过小，则散热不好，且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后，再确定特殊元器件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局。

在确定特殊元器件的位置时要遵守以下原则：

① 尽可能缩短高频元器件之间的连线，设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近，输入和输出元件应尽量远离。

② 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差，应加大它们之间的距离，以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。

③ 重量超过15 g的元器件，应当用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件，不宜装在印刷板上，而应装在整机的机箱底板上，且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。

④ 对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局，应考虑整机的结构要求。若是机内调节，应放在印刷板上方便调节的地方;若是机外调节，其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。

⑤ 留出印刷板定位孔及固定支架所占用的位置。

2、一般元器件布局

根据电路的功能单元，对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则：

① 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

② 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

③ 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列，这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。

④ 位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2 mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2或4:3。电路板面尺寸大于200 mm×150 mm时，应考虑电路板所受的机械强度。

3、布线

布线的原则如下：

① 输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行，最好加线间地线，以免发生反馈耦合。

② 印刷板导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.5 mm、宽度为1～15 mm时，通过2 A的电流，温升不会高于3℃。因此，导线宽度为1.5 mm可满足要求。对于集成电路，尤其是数字电路，通常选0.02～0.3 mm导线宽度。

当然，只要允许，还是尽可能用宽线，尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路，尤其是数字电路，只要工艺允许，可使间距小于0.1～0.2 mm。

③ 印刷导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则，长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时，最好用栅格状，这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

4、 焊盘

焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2) mm，其中d为引线孔径。对高密度的数字电路，焊盘最小直径可取(d+1.0) mm。

二、PCB及电路抗干扰措施

印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施作一些说明。

1、 电源线设计

根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻;同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。kx6电子技术吧

2、 地线设计

在单片机系统设计中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构大致有系统地、机壳地(屏蔽地)、数字地(逻辑地)和模拟地等。在地线设计中应注意以下几点：

① 正确选择单点接地与多点接地。在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地的方式。当信号工作频率大于10 MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

② 数字地与模拟地分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地;高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗。高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔，要尽量加大线性电路的接地面积。

③ 接地线应尽量加粗。若接地线用很细的线条，则接地电位会随电流的变化而变化，致使电子产品的定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。因此应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印刷电路板的允许电流。

④ 接地线构成闭环路。设计只由数字电路组成的印刷电路板的地线系统时，将接地线做成闭路可以明显地提高抗噪声能力。其原因在于：印刷电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪能力下降;若将接地线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。

3、退耦电容配置

PCB设计的常规做法之一，是在印刷板的各个关键部位配置适当的退耦电容。退耦电容的一般配置原则是：

① 电源输入端跨接10～100μF的电解电容器。如有可能，接100μF以上的更好。

② 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01 pF的瓷片电容。如遇印刷板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10 pF的钽电容。

③ 对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件，如RAM、ROM存储器件，应在芯片的电源线和地线之间直接接入退耦电容。

④ 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。

此外，还应注意以下两点：

① 在印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2 kΩ，C取2.2～47μF。

② CMOS的输入阻抗很高，且易受感应，因此在使用时，对不用端要接地或接正电源。

4、振荡器

几乎所有的单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器的振荡器电路。在PCB上，要求外接电容、晶体或陶瓷谐振器的引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜在的敏感性，它能产生很短的时钟周期，因而最好选晶体或陶瓷谐振器。另外，石英晶体的外壳要接地。

5、防雷击措施

室外使用的单片机系统或从室外架空引入室内的电源线、信号线，要考虑系统的防雷击问题。常用的防雷击器件有：气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大地。TVS可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管，当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃至上千A的电流。

结束语

为了提高单片机系统的电磁兼容性，不仅要合理设计PCB板，而且要在电路结构上及软件中采取相应的措施。实践表明，在单片机系统的设计、制造、安装和运行的各个阶段，都需要考虑其电磁兼容性，只有这样，才能保证系统长期稳定、可靠、安全地运行。

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芯碁微装专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产，专注服务于电子信息产业中PCB领域及泛半导体领域的客户，帮助客户提升品质、降低成本，并实现数字化、无人化、智能化发展。经过多年的深耕与积累，已累计服务近70家客户，成为半导体装备领域的领军黑马。

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图：安徽省合肥市委副书记罗云峰（左二）、芯碁微装董事长程卓（左一）、华登国际董事总经理黄庆博士（右二）、华登国际董事总经理彭桂娥博士（右一）

经过多年的技术研发积累，芯碁微装在精密机械、紫外光学、计算机科学、图形图像处理、模式识别、深度学习、自动控制，高速数据处理、有机化学等跨学科综合领域内形成了较为丰富的技术成果，能够为芯碁未来进入IC（集成电路）晶圆级封装直写光刻设备及高世代线FPD（平板显示器）制造直写光刻设备等新技术领域提供有力的技术支撑。

经过多年深耕与积累，芯碁微装已累计服务近70家客户，包括深南电路、健鼎科技、胜宏科技、景旺电子、罗奇泰克、国显光电、中国科学院半导体研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心、中国电子科技集团公司第十一研究所、中国科学技术大学、华中科技大学、广东工业大学等。

华登国际是芯碁微装的产业战略投资者，一直支持芯碁，是芯碁的产业坚实后盾。华登国际在芯碁所在地合肥有半导体产业基金，累积了丰富的半导体产业链资源，与芯碁共同面对重大问题，探讨解决方案、发展方向和战略，引荐客户，帮助发掘技术人才。

芯碁微装董事长程卓女士富有远见卓识，钦佩并信服华登国际深耕产业的情怀。提到华登国际和黄庆博士，程卓董事长感慨道：“感谢华登国际的相知相伴、信任和支持！华登资源深厚，给芯碁很多帮助。期待与华登国际一同谱写光刻产业的美好明天！”

在今天的上市现场，华登国际黄庆博士表示：“我们非常欣赏程卓董事长的执著精神和韧劲，无论面对什么困难，都能平心以对、坚持不懈，今天带领芯碁迈上新台阶。祝贺芯碁团队多年的努力和坚持，用创新技术、卓越产品和贴心服务，开启新篇章！我们愿意继续支持芯碁，贡献半导体产业。”

目前，芯碁微装所处行业的发展机遇有：1）直接成像设备及直写光刻设备下游市场需求不断扩张；2）国家出台政策大力推动我国光刻设备产业快速发展；3）PCB制造业、泛半导体产业产能不断向中国大陆地区转移，为上游设备厂商创造了发展良机；4）国产PCB直接成像设备技术水平有效提升，传统曝光设备及进口设备替代前景良好。

芯碁微装上市募集资金将主要投资以下项目：“高端PCB激光直接成像（LDI）设备升级迭代项目”“晶圆级封装（WLP）直写光刻设备产业化项目”“平板显示（FPD）光刻设备研发项目”以及“微纳制造技术研发中心建设项目”等

半导体产业链很长，随着产业的不断壮大和快速发展，半导体高端装备越来越重要，技术创新也面临更多机遇和挑战，包括与国际主流大厂直面竞争。华登国际坚持做长期价值投资，愿意与芯碁微装等国产高端装备企业共同努力。

现在行业发展到新阶段，迎来新机遇，同时面临新形势，只有真正有底蕴、能坚持住的企业，才能做好。

上市，是芯碁微装的新起点。今天开始，芯碁微装将站在新起点，继续成长壮大，为行业贡献更大的价值，推进行业进步。

图：华登国际董事总经理黄庆博士（中）、华登国际董事总经理彭桂娥博士（右二）、华登国际董事总经理张聿（左二）、投资副总裁孙海龙（右一）、投资副总裁刘锋（左一）

关于芯碁微装

合肥芯碁微电子装备股份有限公司(简称：芯碁微装)，成立于2015年6月，注册资本9059万元，坐落于合肥市高新区集成电路产业基地，专业从事以微纳直写光刻为技术核心的直接成像设备及直写光刻设备的研发和生产。主要产品及服务包括PCB直接成像设备及自动线系统、泛半导体直写光刻设备及自动线系统、其他激光直接成像设备。

芯碁坚持自主研发与创新，拥有完整的自主知识产权。凭借团队领先的研发水平，获得71项技术专利，并获批建立了 “外国专家工作室”和“第十批省级博士后科研工作站”。

依托核心技术，卓越性能，科技创新等强大的核心竞争力，先后荣获“科技小巨人培育企业”、“合肥市直写光刻设备工程技术研究中心”、“国家高新技术企业”、“2018年度中国电子电路行业百强企业”等多项殊荣，公司产品也先后获得2017年、2018年安徽省首台（套）重大技术装备、2019年“创客中国”中小企业创新创业大赛全国二等奖和中国创新创业大赛先进制造行业全国二等奖。

“满足客户需求，超越客户期待”，芯碁不断完善销售与售后服务体系，陆续设立了深圳分公司、苏州子公司等服务网点，为客户提供7*24小时的售后支持。2020年，芯碁建成35000平米集研发、生产、办公于一体的智能化研发制造基地，是发展腾飞过程中新的里程碑。芯碁将继续坚持战略创新、技术创新、机制创新和人才创新，用创新和技术创造更多的社会价值和商业价值。

关于华登国际

华登国际1987年成立，主要专注于半导体与电子产业链、汽车智能化、大数据、云计算及新经济模式创新等高科技领域投资，华登国际在业内被誉为半导体产业投资界的旗舰，是全球电子产业链特别是半导体产业最具影响力的投资机构之一，历经中国经济发展和国际化关键时期全过程。

华登国际管理资本规模超过260亿人民币，投资了500多家高科技公司，遍布全球12个国家，并经由全球16个资本市场，合计116个项目成功实现IPO。其中，华登国际已投资超过120家半导体企业，涵盖芯片设计、封装、制造、装备等半导体全产业链，包括中芯国际、晶晨、兆易创新、矽力杰、格科微电子、敏芯股份、燕麦科技、芯原股份、思瑞浦股份、芯碁微装等知名企业。

帮助和支持有价值的企业成功，为社会贡献更多力量，是华登国际一直秉持的使命。

3月31日，据日经新闻报道，瑞萨电子表示，3月19日火灾导致生产先进产品的12寸工厂停工，车用芯片库存将在4月下旬耗尽，预计4月底将停止芯片供应！

瑞萨社长柴田英利在3月30日举行的记者会上表示，车用芯片库存将在4月下旬耗尽，届时将停止供货，在4月下旬后的一个半月到两个月的时间里供应将陷入停滞状态。对于将受到影响的汽车产量，柴田英利表示目前无法掌握。

柴田英利还表示，为了挽回停工所生产的产量缺口，他们将寻求外包公司协助以弥补损失产能，预估透过替代生产方式到12月时便能补足产能缺口。他预估，此次火灾导致部分生产线停止运作，对于销售额带来的冲击介于195亿～260亿日圆。

瑞萨恢复产能还需3—4个月

日本芯片制造商瑞萨电子表示，3月19日发生火灾的那珂工厂需要至少3—4个月时间才能恢复至正常产能。与此同时，日本政府已向台湾方面求援，希望台湾半导体业者能协助其进行替代生产。

柴田英利在记者会上指出，他们希望该厂4月底能恢复部分产能，但可能要到6月产能才能恢复至灾前水平。

瑞萨表示，经清查后发现因火灾受损的制造设备约23台，足足是最初估计11台的两倍以上。此次受火灾影响的产线，高达三分之二是生产车用芯片。

而瑞萨在全球车用芯片的市占率接近三分之一。3月19日瑞萨位于日本东北部的那珂厂发生火灾，导致部分车用芯片产线停摆，使得全球芯片短缺问题雪上加霜。

全球各大车厂持续评估此次火灾对于自家汽车生产冲击，包括丰田、现代、福特与日产都是瑞萨客户。受到全球芯片短缺影响，部分车厂先前便已宣布大砍产能。

瑞萨表示，他们将于4月底停止芯片供应，而这些车厂受影响时间可能长达1.5个月到两个月左右。

日本经济产业大臣梶山弘志周二表示，日本已要求台湾部分半导体制造商在替代生产方面进行合作。他指出：「我们正与台湾数家设备制造商沟通以加快采购速度。」为了帮助瑞萨尽速恢复产能，日本政府呼吁芯片设备制造商协助其恢复产能。日本政府官员已联系海内外公司，要求他们提供零组件与机器给瑞萨。（来源：汽车制造网）

国巨集团(Yageo Group)将于2021年4月14日至16日在慕尼黑上海电子展 (Electronica China)上展出旗下三大品牌的丰富产品。

国巨集团将在儒卓力的N1展厅1626号展位内展示集团旗下三大品牌国巨、基美和普思的重点产品线，包括贴片电阻、保护组件、陶瓷电容、钽质电容、铝电解电容、功率电感、射频组件、无线组件、以太网络变压器等集团完整产品线。此外，国巨的销售主管团队也将在展台与访客沟通交流。

国巨公司销售总监郑启聪表示：“国巨在过去40多年一直与儒卓力密切合作，今年更是继国巨合并了基美、普思后首度于儒卓力展示集团完整全产品方案,除了国巨电容电阻之外，亦将展出基美电子的钽质电容、铝质电容、普思的电感、天线、变电器等。我们相信儒卓力与国巨将为客户提供最完整的解决方案。”

儒卓力营销总监刘文基评论道：“多年以來，国巨集团一直是我们可靠的合作伙伴，比如早前全球持续面临陶瓷电容器(MLCC)产品供应短缺问题，国巨与我们联手为客户带来稳定供应，因此口碑载道。今年我们很高兴能够在这个业界重要展会上携手展示各式高质量组件，帮助电子工程师和设备生产商为客户提供合适的解决方案，同时还能够与国内的行业专家见面沟通，实在是难能可贵的机会。”

届时将会展出的重点产品包括：

国巨产品：

国巨提供完整的电路保护解决方案，包括具有精确的电压箝位能力的过电压保护组件TVS、MOV和ESD，还有GDT、SPG、TSS以及过电流保护组件PPTC和NTC，以及汽车级MLCC包括AC系列、AS系列(软端接)和AQ系列(高频)，符合AEC-Q200标准和PPAP以确保其可靠性。此外，国巨还会展出金属电流传感器。

基美产品：

基美展出有机电容器，由导电聚合物阴极构成的固体电解装置，能够在广泛的应用中提供最佳性能。访客还可以看到ESR低的基美薄膜电容器，可在不牺牲电容的情况下实现更高的额定纹波电流。届时还会带来基美铝电容器，具有出色的纹波电流承载能力和较长的使用寿命。

普思产品：

普思将展出脉冲功率电感器，功能包括差模滤波、输出扼流圈、以及作为电源拓扑中的能量存储设备，例如降压、升压、SEPIC和Cuk。届时还会展出射频组件和符合RoHS要求、及已获得主要PHY供应商的认证以太网磁产品。

关于儒卓力 (www.rutronik.com.cn)

儒卓力(Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH)是欧洲第三大分销商(资料来源：European分销报告2017) 以及世界第十一大分销商 (资料来源：SourceToday，2018年5月)。作为宽线产品分销商，儒卓力可提供半导体、无源和机电组件以及显示屏、嵌入式主板、存储解决方案和无线解决方案等。公司的主要目标市场是汽车、医疗、工业、家用电器、能源和照明业。

儒卓力通过RUTRONIK EMBEDDED、RUTRONIK SMART、RUTRONIK POWER 及RUTRONIK AUTOMOTIVE系列提供定制的综合性产品和服务，为客户满足其应用的需求。对产品开发及设计的专业技术支持、物流和供应链管理解决方案，以及综合服务使得儒卓力的服务日趋完善。

儒卓力由Helmut Rudel先生在1973年于德国伊斯普林根创立，目前在欧洲、亚洲和美洲拥有超过80家子公司，在全球雇用超过1,900名员工，并在2019财年达成10亿8000万欧元的集团销售收入。