1引言

　　混合集成電路（Hybrid Integrated Circuit）是由半導(dǎo)體集成工藝與薄（厚）膜工藝結(jié)合而制成的集成電路。混合集成電路是在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及其互連線，并在同一基片上將分立的半導(dǎo)體芯片、單片集成電路或微型元件混合組裝，再外加封裝而成。與分立元件電路相比，混合集成電路具有組裝密度大、可靠性高、電性能好等特點(diǎn)。相對(duì)于單片集成電路，它設(shè)計(jì)靈活，工藝方便，便于多品種小批量生產(chǎn)；并且元件參數(shù)范圍寬、高、穩(wěn)定性好，可以承受較高電壓和較大功率。

　　混合集成電路是將一個(gè)電路中所有元件的功能部分集中在一個(gè)基片上，能基本上消除電子元件中的輔助部分和各元件間的裝配空隙和焊點(diǎn)，因而能提高電子設(shè)備的裝配密度和可靠性。由于這個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，混合集成電路可當(dāng)作分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)，具有分立元件網(wǎng)路難以達(dá)到的電性能。混合集成電路的另一個(gè)特點(diǎn)，是改變導(dǎo)體、半導(dǎo)體和介質(zhì)三種膜的序列、厚度、面積、形狀和性質(zhì)以及它們的引出位置得到具有不同性能的無(wú)源網(wǎng)路。

　　2電磁兼容原理

　　電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。

　　任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備三個(gè)基本條件：首先要具備干擾源，也就是產(chǎn)生有害電磁場(chǎng)的裝置或設(shè)備；其次是要具有傳播干擾的途徑，通常認(rèn)為有兩種方式：傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式，第三是要有易受干擾的敏感設(shè)備。進(jìn)行電磁兼容兼容（包括電磁干擾和電磁耐受性）的檢測(cè)與試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)有蘇州電器科學(xué)研究院、航天環(huán)境可靠性試驗(yàn)中心、環(huán)境可靠性與電磁兼容試驗(yàn)中心等實(shí)驗(yàn)室。

　　混合集成電路設(shè)計(jì)中存在的電磁干擾有：傳導(dǎo)干擾、串音干擾以及輻射干擾。在解決EMI問(wèn)題時(shí)，首先應(yīng)確定發(fā)射源的耦合途徑是傳導(dǎo)的、輻射的，還是串音。如果一個(gè)高幅度的瞬變電流或快速上升的電壓出現(xiàn)在靠近載有信號(hào)的導(dǎo)體附近，電磁干擾的問(wèn)題主要是串音。如果干擾源和敏感器件之間有完整的電路連接，則是傳導(dǎo)干擾。

　　3電磁兼容設(shè)計(jì)

　　在混合集成電路電磁兼容性設(shè)計(jì)時(shí)首先要做功能性檢驗(yàn)，在方案已確定的電路中檢驗(yàn)電磁兼容性指標(biāo)能否滿足要求，若不滿足就要修改參數(shù)來(lái)達(dá)到指標(biāo)，如發(fā)射功率、工作頻率、重新選擇器件等。為了防止一些電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾影響或破壞其它電子設(shè)備的正常工作，各國(guó)政府或一些國(guó)際組織都相繼提出或制定了一些對(duì)電子產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾有關(guān)規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)，符合這些規(guī)章或標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品就可稱為具有電磁兼容性EMC（Electromagnetic Compatibility）。電磁兼容性EMC標(biāo)準(zhǔn)不是恒定不變的，而是天天都在改變，這也是各國(guó)政府或經(jīng)濟(jì)組織，保護(hù)自己利益經(jīng)常采取的手段。

　　3.1工藝和部件的選取

　　混合集成電路有三種制造工藝可供選擇，單層薄膜、多層厚膜和多層共燒厚膜。薄膜工藝能夠生產(chǎn)高密度混合電路所需的小尺寸、低功率和高電流密度的元器件，具有高質(zhì)量、穩(wěn)定、可靠和靈活的特點(diǎn)，適合于高速高頻和高封裝密度的電路中。但只能做單層布線且成本較高。多層厚膜工藝能夠以較低的成本制造多層互連電路， 從電磁兼容的角度來(lái)說(shuō)，多層布線可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因?yàn)榭梢栽O(shè)置專門(mén)的電源層和地層，使信號(hào)與地線之間的距離僅為層間距離。

　　其中多層共燒厚膜工藝具有更多的優(yōu)點(diǎn)，是目前無(wú)源集成的主流技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)更多層的布線，易于內(nèi)埋元器件，提高組裝密度，具有良好的高頻特性和高速傳輸特性。此外，與薄膜技術(shù)具有良好的兼容性，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層電路。

　　混合電路中的有源器件一般選用裸芯片，沒(méi)有裸芯片時(shí)可選用相應(yīng)的封裝好的芯片，為得到的EMC特性，盡量選用表貼式芯片。選擇芯片時(shí)在滿足產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的前提下，盡量選用低速時(shí)鐘。在HC能用時(shí)絕不使用AC,CMOS4000能行就不用HC。

　　混合電路的封裝可采用可伐金屬的底座和殼蓋，平行縫焊，具有很好的屏蔽作用。

　　3.2電路的布局

　　在進(jìn)行混合微電路的布局劃分時(shí)，首先要考慮三個(gè)主要因素：輸入/輸出引腳的個(gè)數(shù)，器件密度和功耗。

　　在器件布置方面，原則上應(yīng)將相互有關(guān)的器件盡量靠近，將數(shù)字電路、模擬電路及電源電路分別放置，將高頻電路與低頻電路分開(kāi)。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠(yuǎn)離邏輯電路。對(duì)時(shí)鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應(yīng)單獨(dú)安排，遠(yuǎn)離敏感電路。輸入輸出芯片要位于接近混合電路封裝的I/O出口處。

　　高頻元器件盡可能縮短連線，以減少分布參數(shù)和相互間的電磁干擾，易受干擾元器件不能相互離得太近，輸入輸出盡量遠(yuǎn)離。震蕩器盡可能靠近使用時(shí)鐘芯片的位置，并遠(yuǎn)離信號(hào)接口和低電平信號(hào)芯片。元器件要與基片的一邊平行或垂直，盡可能使元器件平行排列。

　　在混合電路基片上電源和接地的引出焊盤(pán)應(yīng)對(duì)稱布置，均勻地分布許多電源和接地的I/O連接。裸芯片的貼裝區(qū)連接到負(fù)的電位平面。

　　在選用多層混合電路時(shí)，電路板的層間安排隨著具體電路改變，但一般具有以下特征。

　　（1）電源和地層分配在內(nèi)層，可視為屏蔽層，可以很好地抑制電路板上固有的共模RF干擾，減小高頻電源的分布阻抗。

　　（2）板內(nèi)電源平面和地平面盡量相互鄰近，一般地平面在電源平面之上，這樣可以利用層間電容作為電源的平滑電容，同時(shí)接地平面對(duì)電源平面分布的輻射電流起到屏蔽作用。

　　（3）布線層應(yīng)盡量安排與電源或地平面相鄰以產(chǎn)生通量對(duì)消作用。

　　3.3導(dǎo)線的布局

　　在電路設(shè)計(jì)中，往往只注重提高布線密度，或追求布局均勻，忽視了線路布局對(duì)預(yù)防干擾的影響，使大量的信號(hào)輻射到空間形成干擾，可能會(huì)導(dǎo)致更多的電磁兼容問(wèn)題。

　　3.3.1地線的布局

　　地線不僅是電路工作的電位參考點(diǎn)，還可以作為信號(hào)的低阻抗回路。地線上較常見(jiàn)的干擾就是地環(huán)路電流導(dǎo)致的地環(huán)路干擾。解決好這一類干擾問(wèn)題，就等于解決了大部分的電磁兼容問(wèn)題。地線上的噪音主要對(duì)數(shù)字電路的地電平造成影響，而數(shù)字電路輸出低電平時(shí)，對(duì)地線的噪聲更為敏感。地線上的干擾不僅可能引起電路的誤動(dòng)作，還會(huì)造成傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。

　　地線的布局要注意以下幾點(diǎn)：

　　（1）根據(jù)不同的電源電壓，數(shù)字電路和模擬電路分別設(shè)置地線。

　　（2）公共地線盡可能加粗。在采用多層厚膜工藝時(shí)，可專門(mén)設(shè)置地線面，這樣有助于減小環(huán)路面積，同時(shí)也降低了接受天線的效率。并且可作為信號(hào)線的屏蔽體。

　　（3）應(yīng)避免梳狀地線，這種結(jié)構(gòu)使信號(hào)回流環(huán)路很大，會(huì)增加輻射和敏感度，并且芯片之間的公共阻抗也可能造成電路的誤操作。

　　（4）板上裝有多個(gè)芯片時(shí)，地線上會(huì)出現(xiàn)較大的電位差，應(yīng)把地線設(shè)計(jì)成封閉環(huán)路，提高電路的噪聲容限。

　　（5）同時(shí)具有模擬和數(shù)字功能的電路板，模擬地和數(shù)字地通常是分離的，只在電源處連接。

　　3.3.2電源線的布局

　　一般而言，除直接由電磁輻射引起的干擾外，經(jīng)由電源線引起的電磁干擾為常見(jiàn)。因此電源線的布局也很重要，通常應(yīng)遵守以下規(guī)則。

　　（1）電源線盡可能靠近地線以減小供電環(huán)路面積，差模輻射小，有助于減小電路交擾。不同電源的供電環(huán)路不要相互重疊。

　　（2）采用多層工藝時(shí)，模擬電源和數(shù)字電源分開(kāi)，避免相互干擾。不要把數(shù)字電源與模擬電源重疊放置，否則就會(huì)產(chǎn)生耦合電容，破壞分離度。

　　（3）電源平面與地平面可采用完全介質(zhì)隔離，頻率和速度很高時(shí)，應(yīng)選用低介電常數(shù)的介質(zhì)漿料。

　　（4）芯片的電源引腳和地線引腳之間應(yīng)進(jìn)行去耦。去耦電容采用0.01uF的片式電容，應(yīng)貼近芯片安裝，使去耦電容的回路面積盡可能減小。

　　（5）選用貼片式芯片時(shí)，盡量選用電源引腳與地引腳靠得較近的芯片，可以進(jìn)一步減小去耦電容的供電回路面積，有利于實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

　　3.3.3信號(hào)線的布局

　　在使用單層薄膜工藝時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)便適用的方法是先布好地線，然后將關(guān)鍵信號(hào)，如高速時(shí)鐘信號(hào)或敏感電路靠近它們的地回路布置，對(duì)其它電路布線。信號(hào)線的布置根據(jù)信號(hào)的流向順序安排，使電路板上的信號(hào)走向流暢。

　　如果要把EMI減到，就讓信號(hào)線盡量靠近與它構(gòu)成的回流信號(hào)線，使回路面積盡可能小，以免發(fā)生輻射干擾。低電平信號(hào)通道不能靠近高電平信號(hào)通道和無(wú)濾波的電源線，對(duì)噪聲敏感的布線不要與大電流、高速開(kāi)關(guān)線平行。如果可能，把所有關(guān)鍵走線都布置成帶狀線。不相容的信號(hào)線（數(shù)字與模擬、高速與低速、大電流與小電流、高電壓與低電壓等）應(yīng)相互遠(yuǎn)離，不要平行走線。

　　導(dǎo)帶的電感與其長(zhǎng)度和長(zhǎng)度的對(duì)數(shù)成正比，與其寬度的對(duì)數(shù)成反比。因此，導(dǎo)帶要盡可能短，同一元件的各條地址線或數(shù)據(jù)線盡可能保持長(zhǎng)度一致，作為電路輸入輸出的導(dǎo)線盡量避免相鄰平行，在之間加接地線，可有效抑制串?dāng)_。低速信號(hào)的布線密度可以相對(duì)大些，高速信號(hào)的布線密度應(yīng)盡量小。

　　在多層厚膜工藝中，除了遵守單層布線的規(guī)則外還應(yīng)注意：

　　盡量設(shè)計(jì)單獨(dú)的地線面，信號(hào)層安排與地層相鄰。不能使用時(shí)，必須在高頻或敏感電路的鄰近設(shè)置一根地線。分布在不同層上的信號(hào)線走向應(yīng)相互垂直，這樣可以減少線間的電場(chǎng)和磁場(chǎng)耦合干擾；同一層上的信號(hào)線保持一定間距，用相應(yīng)地線回路隔離，減少線間信號(hào)串?dāng)_。每一條高速信號(hào)線要限制在同一層上。

　　3.3.4時(shí)鐘線路的布局

　　時(shí)鐘電路一般由晶體震蕩器、晶震控制芯片和電容組成。時(shí)鐘電路應(yīng)用十分廣泛，如電腦的時(shí)鐘電路、電子表的時(shí)鐘電路以及MP3MP4的時(shí)鐘電路。現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。

　　時(shí)鐘電路在數(shù)字電路中占有重要地位，同時(shí)又是產(chǎn)生電磁輻射的主要來(lái)源。一個(gè)具有2ns上升沿的時(shí)鐘信號(hào)輻射能量的頻譜可達(dá)160MHz。因此設(shè)計(jì)好時(shí)鐘電路是保證達(dá)到整個(gè)電路電磁兼容的關(guān)鍵。關(guān)于時(shí)鐘電路的布局，有以下注意事項(xiàng)：

　　（1）不要采用菊花鏈結(jié)構(gòu)傳送時(shí)鐘信號(hào)，而應(yīng)采用星型結(jié)構(gòu)，即所有的時(shí)鐘負(fù)載直接與時(shí)鐘功率驅(qū)動(dòng)器相互連接。

　　（2）所有連接晶振輸入/輸出端的導(dǎo)帶盡量短，以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)晶振的影響。

　　（3）晶振電容地線應(yīng)使用盡量寬而短的導(dǎo)帶連接至器件上；離晶振近的數(shù)字地引腳，應(yīng)盡量減少過(guò)孔。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　本文詳細(xì)闡述了混合集成電路電磁干擾產(chǎn)生的原因，并結(jié)合混合集成電路的工藝特點(diǎn)提出了系統(tǒng)電磁兼容設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和采取的具體措施，為提高混合集成電路的電磁兼容性奠定了基礎(chǔ)。