經典實驗:信號完整性對EMC的影響

經典實驗:信號完整性對EMC的影響

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一 前言

隨著電路速度的增加,信號完整性在電子設計中變得更加重要。更快的數據速率和更短的上升/下降時間使信號完整性更具挑戰性。信號的失真和降級會對電磁兼容性產生不利影響。隨著信號完整性降低,電路輻射和電路抗擾性都可能會增加。

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二 如何導致EMI

有關信號完整性(SI)的論文經常提到信號完整性會導致電磁干擾(EMI),但論文裡很少提到原因。使用EMI 分析軟件,可以很容易地看到SI和EMI之間的聯繫。下面提供了一個具體的例子,說明如何改變一個信號特性從而影響電纜輻射,這是許多系統的關鍵EMC特性。

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三 信號完整性不是EMC

在我們進入示例之前,重要的是要對信號完整性(SI)和電磁兼容性(EMC)做出區分。SI和EMC是兩個完全不同的學科,SI和EMC之間存在重疊的相互作用,但每個都有自己的特色。

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四 SI和EMC的差異

SI關注數字電路的模擬特性,EMC關注的是確保電路操作不會產生過多的干擾,並且電路不易受到干擾。SI基本上是一個時域範圍,而EMC主要是頻域範圍。


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五 SI影響EMC

信號完整性差會從電路走線和信號線產生更大的輻射。以下示例說明了SI影響EMC的一種方式。這個示例對比了兩個平衡差分LVDS信號產生的電纜輻射。首先,LVDS信號的偏移為零,然後將它的偏移改為200ps。該示例使用標準輻射發射測試設備,測試10MHz至2GHz內LVDS發射的輻射。

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下圖顯示了信號偏移對該電路輻射發射的影響。電纜輻射由紅褐色線表示,藍綠色線是標準限值。

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首先,針對電路沒有信號偏移的情況測量輻射發射,此時正負驅動器輸出同時轉換,上升和下降時間完全匹配。然後,當電路僅有200皮秒的信號偏移時,測量輻射發射,偏斜引入了大約70 mV的共模電壓,每次電路改變狀態時都會非常短暫地發出脈衝。雖然兩項分析均顯示輻射發射低於限值,但請注意信號偏移會導致電纜輻射在90 MHz時跳躍55 dB。當存在來自系統中其他電路的共模噪聲的累加效應時,輻射發射可能容易超過限值,導致EMI測試失敗。

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六 小結

信號偏移會對電纜輻射產生巨大影響,因為它會在信號線上產生共模電壓。信號偏移只是信號完整性的一部分,其他SI屬性(例如阻抗不匹配,串擾,回波損耗和傳播延遲)也會影響EMC。雖然SI與EMC不同,但SI會影響EMC。當然,EMC也會影響SI,比如EMC中常用的濾波手段,對SI影響是很大的,所以我們需要在SI和EMC中取一個平衡,在確保產品SI沒問題的情況下,將EMC做好。


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