电子说
导读
由于日常与硬件开发/互连等人员合作的过程中,他们经常问及EMC与SI的问题,且时常发生因电磁兼容与信号完整性问题的争论不休,特考虑写了此文来谈谈自己对于EMC和SI之间关系的一些看法!如有不妥之处,还请给予指正。
EMC与SI之间的藕断丝连
随着数字电路的工作频率的提高,设计人员对于SI的关注也越来越加重视。
作为EMC工程师们来说,他们已经处理这些问题很多年了。我们有些时候不愿意承认这一点,但是早在20世纪60年代起,工程师就开始测试那些问题,对于数据的控制和高速半导体的测试。
现在,感谢于现代的高速电子技术,这些SI的问题知识才得于普片认识和理解。我们经常认为SI是EMC的一个特殊部分。然而,其实SI与EMC这两个学科之间存在几点关键的不同点。幸运的是,许多相同的对策都同时能适用于EMC和SI问题的解决。
针对EMC与SI的关系问题,我们进行了一系列的比较,从目的,应用领域,信号的幅度,设计关注点,当然还有一些问题解决手段等。
目的不同
NO.1
SI最初的目的是改善信号质量,保证系统合理满意的工作。而EMC最初的目的是系统能够通过EMC测试就好,系统稳定的工作作为第二目的。曾经有人为了说“SI的重要性大于EMC“而争吵,因为他认为:如果系统不能正常工作,即使系统能够通过EMC试验也无济于事。
应用领域
NO.2
在这点不同是, SI是趋向于系统内部的角度,而EMC一个广泛的角度。
SI通常关注点在于高速数字电路的PCB板和连接器,因为那些地方存在高速信号的传输。
而EMC,则是从另一方面来说,它关注的是整个系统(包括PCB电路板,结构,电源系统的滤波和防护,电缆的设计和互连,接地等)。所以,EMC考虑的电路包括低电位的模拟电路、中高频的数字电路。
信号幅度不同
NO.3
信号幅度的不同是EMC与SI的一个关键的不同点。
一般来说,SI是处理毫幅级的电压和电流信号,而EMC在处理的是微幅级的电压和电流信号。所以在信号的幅度上,SI与EMC就相差几个数量级,(记住:一个100MHz的微安的共模电流在一条电缆上就可以不通过FCC和CE的EMC辐射测试要求),所以仅仅有SI的设计技术是不够的。
对于EMC的抗干扰设计,EMC幅度可能是KV和KAMP级的(例如ESD和雷击测试),这样就超越了SI的正常电位电流幅值要求。因此,EMC需要考虑的是电路之间的干扰和工作的稳定性,还有更高级的防护。
设计关注点的不同
NO.4
对于SI来说,设计关注点主要有四个:信号的反射、信号的耦合、地的弹跳、电源的去耦合。采用传输线分析技术是SI分析方法之一,因为在高速数字电路的影响是一个集中分布参数模式,而不是一个恒定不变的,这些都因为光速和波长因素引起。(如果光速是无穷大的话,我们将不会面临到SI的问题,也不会有EMC的问题,EMC/SI工程师也可能会没有工作。)
对于EMC来说,它关注点主要有三个:辐射、抗干扰、自身的兼容。当然,以后可能还包括数字与模拟之间的干扰,继电器或马达引起的瞬态干扰等。
传输线原理和天线原理分析技术对于理解EMC是非常必要的。而且,EMC考虑的频段是从直流到光速频宽的领域。
SI与EMC解决手段
NO.5
如今,有很多的资料讨论过如何解决和阻止EMC和SI的问题。幸运的是,好的SI设计是与好的EMC设计相互兼容的。也就是说,对于在高速数字电路PCB板上,SI设计的好坏严重地影响着EMC设计的成功。
好的SI/EMC设计开始于电路和PCB电路板的设计。如今普片的设计包括:重要电路的设计,PCB板,叠层数量及叠层的安排,电源的去耦合设计,控制信号的反射和耦合等。而EMC还包括系统地的设计、屏蔽设计、滤波器的设计和暂态抑制设计等。
对于重要电路的设计,SI/EMC是相同的。例如减少时钟信号CLK的谐波,注意一些敏感信号(例如RESET等)。在设计的过程中,我们建议对于模拟电路和电源电路要进行额外的高频保护。
5.1
多层PCB板的设计
多层电路板的设计对于SI/EMC是非常有利的。有完整的电源和地平面可以降低20至40dB对于EMC抑制能力。同样可以降低信号之间的耦合和地弹跳的影响。所以,不要忽视多层板对于SI的帮助,特别是对于敏感模拟信号的影响。
5.2
电源的去耦合设计
电源去耦合设计对于SI和EMC至关重要。但电源去耦合设计的目的对于SI和EMC有一小点的差异。对于SI来说,电源去耦合是为了减小电源的droop, 而对于EMC是减少高频的谐波和环路面积。
5.3
阻抗的控制
阻抗的控制和反射的控制对于EMC/SI很重要。在SI的角度来看,它是改善信号品质;而对于EMC领域而言,它是减小辐射。
5.4
不同之处
接地技术、滤波技术、屏蔽技术和暂态防护技术对于EMC更重要相对于SI来说。
总结
NO.6
我们希望这篇文章能让大家了解EMC与SI之间的差异和相关性,以便在今后的设计中去注意SI与EMC的设计!
今天看到这个帖子《80张CCC认证证书被撤销(文章原文参考百度)》之后,让我不由自主地想起了自己这个帖子《对于电磁兼容的认识,你是否掉入这些误区(上)?》中谈到的内容:
但,同时我也更相信我在这个帖子《对于电磁兼容的认识,您是否掉入这些误区(下)?》中所谈到的一样:
责任编辑:xj
原文标题:电磁兼容与信号完整性之间的藕断丝连
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