對(duì)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(hào)電流分析舉例

下面舉一個(gè)例子，說明如何通過電流分析來降低個(gè)人計(jì)算機(jī)PC線路板的電磁干擾輻射。選擇工作頻率為133MHz的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)做分析。用適當(dāng)IBIS模型分別表示驅(qū)動(dòng)器和接收器。采用電源串聯(lián)電阻終端匹配的方案。對(duì)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(shí)，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(duì)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(shí)間有一些延長(zhǎng)。分析信號(hào)完整性的工程師可能愿意接受任何一個(gè)圖上顯示的波形，因?yàn)樗鼈兌甲銐蚝?，可以確保系統(tǒng)的正確運(yùn)行。因?yàn)檫@個(gè)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(shí)，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(shí)，其電流值遠(yuǎn)比選用其他匹配電阻值時(shí)大。進(jìn)一步分析表明當(dāng)匹配電阻為22_和25_時(shí)會(huì)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(shí)，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(duì)時(shí)間域的信號(hào)波形進(jìn)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(shí)的電壓和電流的頻譜。

顯示了采用不同的終端匹配電阻時(shí)，信號(hào)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(diǎn)，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(diǎn)，電流幅度的減少高達(dá)45dB。這個(gè)結(jié)論非常有意義，因?yàn)橛昧?/span>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(jì)還會(huì)遇到電磁輻射達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的問題。有用信號(hào)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(duì)濾波和屏蔽密封的需求。工程師們應(yīng)該對(duì)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(dá)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(dá)到一定的程度，此時(shí)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(jià)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(hào)電流的諧波幅度，因此對(duì)制造芯片來說不需付出任何額外的代價(jià)。研究信號(hào)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(jì)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(duì)傳統(tǒng)的信號(hào)完整性分析而言，這些阻值是可以接受的。但是如果想要進(jìn)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(jì)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(hào)完整性分析工具，稍微擴(kuò)展一下傳統(tǒng)的信號(hào)完