经典实验:信号完整性对EMC的影响

经典实验:信号完整性对EMC的影响

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一 前言

随着电路速度的增加,信号完整性在电子设计中变得更加重要。更快的数据速率和更短的上升/下降时间使信号完整性更具挑战性。信号的失真和降级会对电磁兼容性产生不利影响。随着信号完整性降低,电路辐射和电路抗扰性都可能会增加。

经典实验:信号完整性对EMC的影响

二 如何导致EMI

有关信号完整性(SI)的论文经常提到信号完整性会导致电磁干扰(EMI),但论文里很少提到原因。使用EMI 分析软件,可以很容易地看到SI和EMI之间的联系。下面提供了一个具体的例子,说明如何改变一个信号特性从而影响电缆辐射,这是许多系统的关键EMC特性。

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三 信号完整性不是EMC

在我们进入示例之前,重要的是要对信号完整性(SI)和电磁兼容性(EMC)做出区分。SI和EMC是两个完全不同的学科,SI和EMC之间存在重叠的相互作用,但每个都有自己的特色。

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四 SI和EMC的差异

SI关注数字电路的模拟特性,EMC关注的是确保电路操作不会产生过多的干扰,并且电路不易受到干扰。SI基本上是一个时域范围,而EMC主要是频域范围。


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五 SI影响EMC

信号完整性差会从电路走线和信号线产生更大的辐射。以下示例说明了SI影响EMC的一种方式。这个示例对比了两个平衡差分LVDS信号产生的电缆辐射。首先,LVDS信号的偏移为零,然后将它的偏移改为200ps。该示例使用标准辐射发射测试设备,测试10MHz至2GHz内LVDS发射的辐射。

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下图显示了信号偏移对该电路辐射发射的影响。电缆辐射由红褐色线表示,蓝绿色线是标准限值。

经典实验:信号完整性对EMC的影响

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首先,针对电路没有信号偏移的情况测量辐射发射,此时正负驱动器输出同时转换,上升和下降时间完全匹配。然后,当电路仅有200皮秒的信号偏移时,测量辐射发射,偏斜引入了大约70 mV的共模电压,每次电路改变状态时都会非常短暂地发出脉冲。虽然两项分析均显示辐射发射低于限值,但请注意信号偏移会导致电缆辐射在90 MHz时跳跃55 dB。当存在来自系统中其他电路的共模噪声的累加效应时,辐射发射可能容易超过限值,导致EMI测试失败。

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六 小结

信号偏移会对电缆辐射产生巨大影响,因为它会在信号线上产生共模电压。信号偏移只是信号完整性的一部分,其他SI属性(例如阻抗不匹配,串扰,回波损耗和传播延迟)也会影响EMC。虽然SI与EMC不同,但SI会影响EMC。当然,EMC也会影响SI,比如EMC中常用的滤波手段,对SI影响是很大的,所以我们需要在SI和EMC中取一个平衡,在确保产品SI没问题的情况下,将EMC做好。


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