1.简介

  电源、电源线、闪电、计算机设备和电子元件都是可能影响电子元件性能的电磁干扰 (EMI) 的潜在来源。 EMI可以通过单个系统中的电气通路从一个组件传导到另一个组件，也可以通过无线电波传输。需要通过 RF 进行通信的设备会有意发射可能干扰其他设备的电磁信号，但即使不是设计为发射电磁信号的设备也可能无意中产生 EMI 噪声。

  FCC 法规限制了某些类别的设备（例如计算设备和微波炉）的允许发射，但这并不能保证电子元件不会被消费产品的 EMI 损坏。几乎每个电子设备或组件都能够产生 EMI，并且将 EMI 暴露视为电路设计的一部分非常重要，因为它会对包括计时设备在内的电子组件造成损害。

  存在外部 EMI 源时，硅晶振的相位噪声和相位抖动可能会大幅增加。 可以通过板级屏蔽或滤波来减少到达硅晶振的 EMI，但这种方法并不总是成功的。 通过评估各种MEMS硅晶振的电磁敏感性 (EMS)，我们可以确定影响 EMS 的因素，并了解正确的硅晶振设计如何最大限度地减少 EMI 对时钟性能的不利影响。

2.测试 EMI 敏感性

  由于辐射 EM 噪声会对硅晶振的相位噪声性能产生不利影响 [1] [2]，因此测试方法包括让每个被测设备 (DUT) 承受固定功率的辐射 EMI，并在相关偏移频率下测量增量相位噪声杂散功率 . 图 1 显示了 26 MHz 石英晶振在未受到 EMI 和在 80 MHz 载波频率下受到 EMI 噪声影响时的相位噪声图。 硅晶振输出频率的 2 MHz 偏移处的相位噪声杂散可以从如下所示的混叠频率公式得出：

公式1

  Femi = 注入 EMI 噪声的频率； Fc = 硅晶振标称时钟频率； N 是一个大于 1 的正整数。

图 1：没有和有EMI噪声注入的 26 MHz 石英晶振的相位噪声

  SiTime使用经认可的测试实验室根据电磁兼容性标准 IEC 61000-4.3 [3] 对多个基于石英晶振和 MEMS硅晶振进行 EMS 测试。 表 1 中列出的单端晶振和差分晶振都经过测试。 IEC 6100-4.3 标准规定了 DUT 处强度为 3V/m 的感应电磁场和以 1% 为步长从 80 MHz 到 1 GHz 的载波频率扫描。 测试是在消声室中使用图 2 所示的设置进行的。 被测设备的位置使其与垂直极化天线的轴对齐，如图 3 所示。

图 2：EMS 测试的设置

图 3：显示消声室内的天线和测试台的照片

图 4：石英晶振消声室中80和80.8 MHz下3V/m电磁场产生的噪声的噪声杂散测试结果

  相位噪声分析仪捕获每个被测设备的相位抖动和相位噪声。 在感应 EM 场的影响下，相位噪声图将显示更明显的寄生噪声或相位杂散，其频率与 EM 干扰混叠，如图 4 所示。 对于图 4 中所示的石英晶振，-50 dBc/Hz 的频率集中在与感应 EMI 噪声频率相对应的混叠相位噪声杂散频率上。 这些杂散随 EMI 噪声频率的变化而变化，对整个频率扫描范围内的平均功率产生累加效应。 次级噪声杂散的幅度要低得多，对整体相位噪声的影响也不大。

  为了简洁地量化每个设备的 EMS，我们使用公式 2 计算了 80 MHz 至 1 GHz 范围内噪声杂散的平均功率 P。在该等式中，Sp 是每个电磁感应杂散的幅度 噪声频率，N 是扫描中的频率数。

公式2