符合EMI/EMC標準的SerDes――基本測試策略和指南

摘要：電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）測試是汽車應用領域中串行器/解串器（SerDes）設計必須驗證的參數(shù)，需要在設計之初謹慎考慮EMI和EMC問題，避免不必要的設計修改。以下應用筆記詳細介紹了如何在SerDes系統(tǒng)中測試EMI/EMC的基本概念和技術指南。

　　引言

　　LCD視頻顯示屏在汽車領域的應用越來越普遍，堅固的設計、小巧的尺寸及低廉的成本使其非常適合安全、導航及信息娛樂系統(tǒng)。LCD顯示屏是數(shù)字裝置，每個像素為離散的數(shù)字值。由于驅動這些顯示屏的媒體/圖像信號源通常也為數(shù)字格式，因此，數(shù)字鏈路是連接視頻信號源和顯示屏最簡單、性能最高的方式。視頻鏈路的數(shù)字通道必須具有足夠的帶寬，例如640 x 480像素的彩色顯示屏工作于30fps （幀/秒）。如果每個像素的紅、綠、藍信號僅有6位分辨率，對應的數(shù)據(jù)率則為640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps。實際傳輸速率必須略高一些，因為正常工作需要消隱時間。許多顯示屏具有更多像素和/或更高的像素分辨率，從而使碼率大大提升。串行器/解串器（SerDes）器件接收并行數(shù)字數(shù)據(jù)，然后對其進行串行轉換，以便傳輸。有些器件，例如MAX9209串行器，保持紅、綠和藍數(shù)據(jù)通道分離，三原色中的每種顏色為一個獨立的串行通道，另外還提供時鐘第4個通道。其它器件，例如MAX9247串行器，則將這些數(shù)據(jù)組合為單個串行通道，采用嵌入式時鐘信號。這兩種方法都會明顯提高傳輸基頻。盡管頻率增大會產(chǎn)生問題，但是為串行轉換后的信號提供具有適當屏蔽和阻抗匹配的傳輸介質(zhì)相對比較容易。

　　EMI測試

　　汽車應用中必須進行EMI測試，確保處于工作狀態(tài)的系統(tǒng)不會干擾到周圍其他系統(tǒng)。針對空間輻射和傳導干擾進行測試。空間輻射的測試主要使用天線，檢測系統(tǒng)通過自由空間向其他系統(tǒng)輻射的能力。設計不合理的SerDes系統(tǒng)無法滿足EMI技術指標。相比之下，傳導干擾測試主要采用系統(tǒng)電源線上的電壓和電流探頭完成。由于SerDes系統(tǒng)很少直接連接到電源線，所以很少考慮傳導干擾。

　　EMC測試

　　與EMI測試類似，汽車應用領域通過EMC測試確保系統(tǒng)不會被周圍其他系統(tǒng)干擾。由于新型汽車車體內(nèi)部存在大量電子系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都存在電流、電阻并且工作頻率占據(jù)很寬的頻譜，因此很有必要進行這項測試。EMC測試采用大電流注入（BCI），對被測系統(tǒng)來說是個難題。盡管BCI測試規(guī)范和方法依汽車廠商的不同而異，但通常涉及到頻率從幾MHz到1GHz較強的外部電磁場。

　　像素時鐘頻率選擇

　　正確選擇像素時鐘對EMI具有明顯影響，SerDes視頻鏈路類似于其它高速數(shù)字器件，會產(chǎn)生時鐘頻率整數(shù)倍的諧波輻射，由此檢測其EMI。汽車應用領域，EMI輻射限制隨頻率變化。許多汽車制造商都在特定頻帶內(nèi)規(guī)定了相當嚴格的限制。例如，433MHz是用于無線門禁（RKE）的頻率，往往是EMI規(guī)范中最嚴格的頻段。對于像素時鐘頻率為33MHz的系統(tǒng)，其13次諧波位于429MHz，這會嚴重干擾433MHz RKE頻帶。選擇稍低的32.7MHz頻率，可以將13次諧波移到425MHz，形成更寬松的頻率裕量。

　　SerDes PCB EMI/EMC測試的通用特點

　　●良好的接地對所有IC都是非常重要的設計準則，對于SerDes系統(tǒng)尤其重要。所有接地引腳必須具有低阻，并連接到穩(wěn)定的接地區(qū)域。不建議將PCB分為多個區(qū)域。PCB元件層的覆銅區(qū)域，以及緊鄰下方采用連續(xù)覆銅區(qū)，這些都是常規(guī)準則。使最上層的覆銅遠離阻抗匹配地走線，最好保留至少3倍于差分對布線的間距。

　　●考慮每個接地點都采用了多個過孔，過孔的寄生電感是造成非理想特性的關鍵。采用多個過孔有助于減小電感，從而提高性能。

　　●對IC的電源端進行旁路非常重要，特別是對于SerDes系統(tǒng)。類似于接地的考慮，電源引腳從電源側看必須具有低交流阻抗，尤其是低壓差分信號（LVDS）線路、I/O電源引腳以及用于鎖相環(huán)（PLL）電路的電源引腳。建議每個引腳連接兩個旁路電容，這兩個電容通常相差10倍至100倍（例如0.1?F和1nF）。最小電容應距離需要去耦/旁路的電源引腳最近。

　　●可以考慮在SerDes系統(tǒng)的電源引腳使用磁珠，特別是LVDS線路、I/O電源引腳和PLL電源引腳，當然，這一點適用于所有電源引腳。磁珠有助于減小高頻能量的輸入和輸出，選擇峰值阻抗為100Ω至600Ω、額定值至少為100mA的磁珠。