對于用最佳終端匹配策略降低電磁輻射干擾的問題研究

信號電流分析舉例

下面舉一個例子，說明如何通過電流分析來降低個人計算機PC線路板的電磁干擾輻射。選擇工作頻率為133MHz的時鐘網(wǎng)絡(luò)做分析。用適當(dāng)IBIS模型分別表示驅(qū)動器和接收器。采用電源串聯(lián)電阻終端匹配的方案。對本線路網(wǎng)絡(luò)“缺省”的終端匹配電阻值為22_。

可以選用不同的終端匹配電阻，當(dāng)終端匹配電阻在10_到39_(典型范圍)之間改變時，接收端相應(yīng)的電壓波形有所改變。顯示了終端匹配電阻的選擇對電壓波形的影響。隨著終端匹配電阻值的增加，脈沖的幅度有一些降低，上升時間有一些延長。分析信號完整性的工程師可能愿意接受任何一個圖上顯示的波形，因為它們都足夠好，可以確保系統(tǒng)的正確運行。因為這個分析的目的是為了減少可能的輻射，接收器端線路上的電流也得到了分析。

顯示了當(dāng)終端匹配電阻值不同時，接收端的電流波形各不相同。我們立刻可以看出當(dāng)匹配電阻為10_時，其電流值遠比選用其他匹配電阻值時大。進一步分析表明當(dāng)匹配電阻為22_和25_時會出現(xiàn)一些“特別”的波形，當(dāng)選用的匹配電阻值繼續(xù)增大時，這些特別的波形便消失了。雖然這很有用，但這并沒有真正說明高頻諧波(最常見的輻射問題)減少的具體數(shù)量。因此，需要對時間域的信號波形進行傅立葉變換以得到頻率域的頻譜，選用不同的終端匹配電阻時的電壓和電流的頻譜。

顯示了采用不同的終端匹配電阻時，信號諧波的電流變化(delta)幅度的縮小與頻率增加的關(guān)系圖。這幅圖顯示在各不同的諧波頻率點，不管終端匹配電阻是從10_變化到39_，還是從10_變化到30_，這兩種情況下，電流幅度的縮小基本相同。在某些諧波頻率點，電流幅度的減少高達45dB。這個結(jié)論非常有意義，因為用了終端匹配電阻就能顯著地減少輻射電流，這樣做幾乎沒有什么產(chǎn)品的設(shè)計還會遇到電磁輻射達不到標(biāo)準(zhǔn)的問題。有用信號的高頻諧波的電流幅度減小了，潛在的引起干擾的共模電流也將減小同樣的量。這樣將在最終產(chǎn)品中大大減少對濾波和屏蔽密封的需求。工程師們應(yīng)該對他們自己說，“輻射是由于不需要的電流引起的，我們只需要把不需要的電流消除就行了，為什么我們還要與輻射問題較勁呢?”

總結(jié)

本論文表明，EMI輻射的顯著減少最終可以通過減少共模電流中的高頻諧波分量達到，即首先減少內(nèi)部電流中的諧波頻率的幅度。終端匹配電阻值的選擇要合適，使電流頻譜幅度的減少達到一定的程度，此時接收器端的電壓波形仍然能滿足功能要求。

既然不同歐姆值的電阻價格基本相同，所以選擇不同阻值的匹配電阻就能顯著地降低有用信號電流的諧波幅度，因此對制造芯片來說不需付出任何額外的代價。研究信號完整性的工程師們，用這種類型的分析方法，在他們的設(shè)計中大大降低了EMI輻射。在本文的例子中，串聯(lián)終端匹配電阻值選在10Ω~39Ω之間，對傳統(tǒng)的信號完整性分析而言，這些阻值是可以接受的。但是如果想要進一步降低EMI輻射，我們發(fā)現(xiàn)30Ω是最佳的終端匹配電阻值。雖然本文的分析并非想說明設(shè)計工作不需要電磁兼容工程師的參與，但這清楚地表明，PC線路板工程師只要采用新的信號完整性分析工具，稍微擴展一下傳統(tǒng)的信號完