EMI/EMC问题的解决必须从系统性的角度来着手(转摘)

rhymebus · 发表于 2008-7-11 21:12

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随着当今数字化时代的发展，大部分电子设备工作频率基本上都在100MHz以上，串行输出接口的速率也越来越趋近Gbps级别，而且它们常常必须与其它电子设备同时在一个很狭窄的空间下工作，这使得电磁兼容问题变得非常突出，目前几乎所有重要的电子设备都必须通过电磁干扰和电磁兼容(EMI/EMC)测试。如果无法通过这种测试，那么这一产品是不可能准许进入市场的。

为了不致影响产品的上市周期，EMI/EMC指标和产品性能指标一样都已成为衡量一个设计成功与否的标志。而EMI/EMC问题的解决决不是简单地在外部做一些屏蔽措施就可搞定的，它是一个系统性的问题，与器件选择、电路设计、PCB布局和布线、以及I/O接口的选择都有很大的关系，因此必须从原理图设计开始就要考虑EMI/EMC问题的解决办法。

器件的选择主要应考虑优先选用工作电流、泄漏电流、纹波电流、纹波电压、功耗和工作电压低的器件，电路设计主要应考虑电源电路、高压和高频电路、以及输入/输出电路的匹配、同步、驱动和均衡，这部分比较复杂，主要取决于设计师的经验和水平，这里不作多表。

PCB是系统中主要的辐射源，控制系统中所有的PCB的EMI辐射、提高系统搞干扰的能力是确保产品通过EMC测试的最好方法。首先要认识到的是，PCB的布局是很重要的，必须注意把高压和高频部分与低压和低频电路部分在PCB上分割开来，必要时可能还要在PCB上开一些沟槽以加强屏蔽效果。其次，PCB的布线是产生EMI问题的主要来源，尤其是当今随着PCB板空间的越来越小和层数的越来越多，越来越多的高频信号线和电源线如何很好地避免相互干扰变成了一个非常棘手的问题。

现有的一些EMC仿真分析工具可以帮助PCB设计工程师解决一些EMI的问题，不过，目前并没有一种能完全并准确地仿真EMI效果的工具，这主要是因为PCB各种过孔的阻抗受工艺和材料的影响非常大，现有的仿真分析工具没有办法对它进行精确的传输线效应分析。尽管目前市场上出现了一些易于使用的基于EMC设计规则检查的EMI/EMC仿真分析工具，如Cadence的EMControl和Zuken的EMC Adviser，但它们只能帮助PCB设计师发现和解决PCB实际布线时产生的EMI问题，而不可能从根本上解决PCB布线的EMC问题。

要想从根本上解决这一问题，必须对PCB的布线有一个更深入的了解。PCB上的噪声源是多种多样的，如信号噪声(反射和串扰等)、电源/地噪声、以及天线(悬空线)等等，为了确保减少PCB的EMI，这些信号的、器件的、电源/地平面的以及天线的噪声源都必须加以考虑。

考虑到信号噪声源是信号完整性(SI)问题、电源/地噪声源是电源完整性(PI)问题，因此最终的EMC问题的解决必须依靠正确的SI、PI和EMI的共同设计，而不仅仅只是考虑EMC的问题。目前业界主要的SI和PI仿真分析工具有Cadence的PCB SI 230/630、Mentor的HyperLynx和Zuken的Hot-Stage。

I/O接口(特别是高速串行接口)也是产生EMI/EMC问题的一个主要辐射源，尽管我们可以采取一些外部屏蔽措施和滤波/匹配等电路设计补救措施，但最根本的办法是彻底消除辐射大量干扰的输入/输出器件(如功放和收发器等)和连接电缆。值得庆幸的是，随着柔性PCB板材料、设计和制造技术的进步，这一方法现在是完全可行的。现在Zuken的从PCB设计到制造一体化解决方案CR-5000可以支持用柔性PCB板来连接两块不同层数的PCB硬板，柔性PCB板的应用不仅可省掉EMI辐射较大的I/O端口和器件，而且可提高全系统的可靠性和节省系统的BOM成本。