如何利用EMIStream來解決系統(tǒng)板級EMI問題

隨著電子系統(tǒng)的復雜度越來越高，EMI問題也越來越多。為了使自己的產(chǎn)品能達到相關(guān)國際標準，設計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室，反復地測試、修改設計、再測試，如何在產(chǎn)品設計的階段就及時發(fā)現(xiàn)EMI問題變得重要。PCB布局、布線以及電源層的處理對整個電路板的EMI問題有著非常重要的影響。本文將通過實例分析討論如何利用EMIStream來解決板級EMI問題。

電磁干擾(EMI)分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產(chǎn)生的干擾信號，通過導電介質(zhì)或公共電源線互相干擾。輻射干擾是指電子設備產(chǎn)生的干擾信號，通過空間耦合傳給另一個電路網(wǎng)絡或電子設備，在PCB電路板中，電磁能的存在有兩種形式，即差模EMI和共模EMI。當器件輸出的電流流入一個負載時，就會產(chǎn)生差模EMI。當電流流經(jīng)多個導電平面，如PCB上的導線組或電纜，就會產(chǎn)生共模EMI。圖1給出了差模EMI和共模EMI的示意圖。

其中，I表示電流強度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線長度，d表示測量天線到電纜的距離。

解決EMI的主要方法是減少電路板上由各種原因產(chǎn)生的輻射能量，而控制EMI的關(guān)鍵，是降低電源地平面諧振和電路回流的路徑阻抗，并正確放置旁路和去耦電容。

本文使用EMIStream工具對板極EMI問題進行分析。EMIStream工具的兩大主要功能是支持PCB板全部網(wǎng)絡的EMI分析以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設計經(jīng)驗開發(fā)的應用軟件，可以用于Cadence、Mentor Graphics、Zuken和Altium等公司的設計工具中的各種PCB設計流程，在PCB制造之前解決EMI問題。EMIStream軟件內(nèi)建13條經(jīng)典EMI檢查規(guī)則，均經(jīng)過日本NEC內(nèi)部產(chǎn)品實際設計結(jié)果驗證，每個檢查規(guī)則的設置值是經(jīng)過實際驗證的最佳理論值。1.EMIStream分析流程

圖2是使用EMIStream對電路板進行分析的設計流程。EMIStream嵌入在PCB設計的全過程，在設計階段解決EMI問題有利于減少反復設計的次數(shù)。

2.布局的EMI檢查

A)當完成布局后，把Allegro數(shù)據(jù)直接導入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB設計工具也都有接口，保證數(shù)據(jù)的完全導入。

B)設定層疊信息，根據(jù)PCB板的層疊信息，填寫入EMI。

C)根據(jù)電路的設計數(shù)據(jù)，正確填寫電路中相關(guān)NET的頻率、串擾組、差分對、電源地信號的設置。

D)設置規(guī)則的參數(shù)，我們選擇采用默認參數(shù)，同時選擇長度檢查和最大輻射值檢查項目對該板實施檢查。

檢查結(jié)果以對話框的形式顯示出來，用戶點擊錯誤提示，查看有問題的NET，然后采用下面兩個方法來消除EMI問題：(1)調(diào)整零件的布局位置，減少NET總的長度；(2)調(diào)整網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)，減少共模輻射的強度。

3.布局布線中和完成以后的EMI檢查

A：當布局布線完成后，實施整板網(wǎng)絡檢查，通過NET Parameter選擇需要檢測的所有關(guān)鍵信號，比如時鐘、數(shù)據(jù)、地址線、差分對等，同時可以任意選擇13條規(guī)則作為EMI檢查的基準。

B：13規(guī)則包括傳導輻射分析用的2個規(guī)則、電流回路分析用的3個規(guī)則、電源和地層分析的2個規(guī)則、信號完整性分析的4個規(guī)則、元件布局分析的2個規(guī)則。

C：檢查結(jié)果以對話框的方式顯示出來，按照網(wǎng)絡的EMI問題的嚴重程度從上到下逐一列出。打開每一條出錯網(wǎng)絡，將列出全部EMI出錯信息(錯誤列表)，有的出錯信息還會顯示修改提示，最后列出該網(wǎng)絡的最大輻射值以及差模輻射共模輻射值;同時，該網(wǎng)絡在PCB版圖上將高亮度顯示，所有錯誤用紅圈在網(wǎng)絡上標出(圖3)。