1、EMI問題技術(shù)支持的方法初探隨著高速集成電路應用的普及，平均超過30%的板級系統(tǒng)設計將遭遇信號完整性和EMI等高速設計問題，這些問題如果得不到完善的處理，將造成整機系統(tǒng)因EMI問題超標而不能通過EMC認證。而隨著新型集成電路的復雜性越來越高，產(chǎn)品上市時間越來越緊迫，IC分銷商在推廣應用集成電路的過程中，既要提供一攬子解決方案，又要幫助系統(tǒng)制造商通過EMC認證，因此，解決EMI問題已經(jīng)越來越受到重視。 當前，業(yè)界研發(fā)能力較強的公司在解決信號完整性和EMI問題上的基本思想是：利用EDA仿真技術(shù)和先進的測試設備，在產(chǎn)品設計早期盡可能地解決信號完整性問題，提出滿足信號完整性要求、時序要求、EMC/EM

2、I要求，并滿足加工制造與測試條件的總體方案和設計準則，最大限度地降低產(chǎn)品成本，縮短研發(fā)周期。 反映系統(tǒng)制造商的要求，協(xié)助IC制造商從源頭控制EMI 送審通過EMC認證主要由系統(tǒng)制造商完成。LCD顯示器有各種規(guī)格和尺寸，不同的尺寸都有不同的EMI問題，目前即使對于有設計能力的公司，也并不能完全解決EMC認證面臨的問題，因為這是經(jīng)驗的累積。 工程師很多都有十幾年的研發(fā)經(jīng)驗，所設計的方案一般只要做很少頻點的改動就能夠通過EMC認證。但是，由于在EMI測試和仿真工具方面的欠缺，系統(tǒng)制造商的樣品送審的時候，還會發(fā)現(xiàn)EMI方面存在非常嚴重的問題，有的PCB板幾乎要從新改板。遇到這樣的EMI問題之后，通常要

3、借用EMI測試實驗室技術(shù)人員的豐富經(jīng)驗，請他們指出哪些地方超過了EMC規(guī)格的限制，建議在什么地方加一個磁珠來吸收EMI，或建議在適當?shù)牡胤綄CB板進行修改。 解決LCD顯示器EMI問題一般都要采用四層板，內(nèi)層如果是地層，通常屏蔽EMI的效果會更好。LCD里面采用CPU的速度已經(jīng)用到120MHz，并且與視頻部分放在一起，當然不可避免會出現(xiàn)EMI問題。LCD對EMI又特別敏感，要解決LCD設計面臨的EMI問題，過去從事CRT設計的工程師要注意掌握針對LCD的EMI規(guī)范和針對CRT的規(guī)范的差異。時鐘是EMI問題的最大來源。通過采取一些磁珠吸收措施，對EMI的問題都有很好的抑制作用，但是樣成本會很高

4、，IC供應商在設計芯片的時候采用集成補償電路才是從源頭解決EMI問題的方法。新的芯片推出的時候都有一個初級版本，分銷商拿來外圍電路之后，如果發(fā)現(xiàn)EMI指標不對，通常會請芯片制造商改進芯片的設計。例如，曾經(jīng)有一個系統(tǒng)制造商設計的LCD產(chǎn)品的顏色與真實的顏色有一點不一樣，初步判斷可能是EMI的問題，后來芯片供應商推出一個新產(chǎn)品，新舊產(chǎn)品的區(qū)別主要就是電容值，從而使EMI問題被解決得更好，新的芯片改進的就是EMI問題。如果EMI問題在芯片端就能得到很好的解決，就不必像以前那樣，應用系統(tǒng)設計的工程師要在外面加一大堆抑制EMI的元器件。 但是，新的芯片價格相對來說比較高，在競爭日益激烈的市場環(huán)境下，系統(tǒng)

5、制造商通常希望節(jié)省每一個用于消除EMI的元器件，在此，EMC認證實驗室的測試和建議對他們的幫助就至關(guān)重要。 通過器件的選擇，幫助系統(tǒng)制造商解決EMI問題 當系統(tǒng)制造商提出EMI認證需要的時候， IC供應商通常推薦一些具有EMI抑制能力的芯片或模塊的方案給系統(tǒng)制造商。 在產(chǎn)品通過EMC認證的時候，認證實驗室都會給出一些消除EMI的建議，比如增加磁珠等辦法，認證實驗室在收取系統(tǒng)制造商費用的之后，還會提出一些通過EMC認證的解決方案，主要是附加一些抑制EMI的元器件，這樣一來就會帶來產(chǎn)品成本的上升。 現(xiàn)在的問題是分銷商所代理的IC產(chǎn)品的EMI已經(jīng)達到了國際標準，系統(tǒng)制造商的設計工程師出于成本考慮，常

6、常忽略一些抑制EMI的外圍器件，從而造成系統(tǒng)制造商的產(chǎn)品遲遲不能通過EMI方面的測試。寄希望于EMI測試和EMC認證實驗室，是目前系統(tǒng)制造商存在的一個基本傾向。表現(xiàn)在：對于設計中存在的EMI問題，在方案選擇上許多系統(tǒng)制造商主要采取的是成本最低策略，忽略了EMI方面的關(guān)鍵要求，其結(jié)果是無法一次性通過安全規(guī)范測試，要返回多次重新設計，因而浪費許多人力、時間和物力。 選擇好的器件就是選擇了解決EMI問題的成本最低的方案，而不是選擇價格最低的器件。因為這里面還要考慮產(chǎn)品開發(fā)的時間成本和產(chǎn)品推向市場的機會成本的問題。 隨著消費電子產(chǎn)品外銷量的增加，包括一些電信產(chǎn)品，對EMI的要求將越來越嚴格，EMI問題

7、將會作為設計的一個重要方面越來越受到重視。而不能寄托在EMC認證實驗室的建議。 隨著越來越多的功能整合在一起，系統(tǒng)設計過程中，每一個部分都會影響到其它部分的線路，因此由EMI造成的困難會比過去更加復雜。但是，對于系統(tǒng)制造商來說，他們都是希望用最少的器件來減少EMI的干擾，結(jié)構(gòu)和電路板的優(yōu)化設計都是減少EMI問題的方法。 參與整機系統(tǒng)的設計，多渠道解決EMI問題 隨著時鐘頻率的提高，電磁干擾問題越來越嚴重，它包括輻射型和傳導型兩種，為將電磁輻射限制在規(guī)定范圍內(nèi)，除了在芯片級、板級控制EMI之外，必須在整機系統(tǒng)設計中考慮怎樣解決EMI問題。目前，在成本因素的驅(qū)動下，芯片、封裝和PCB呈現(xiàn)一體化的趨

8、勢，因此，設計工程師從IC封裝、PCB板級到I/O單元與I/O單元之間的高速信號互連、乃至EMI問題不僅要在前期設計階段的加以考慮，還要在后期生產(chǎn)的過程中有效地控制。 目前，解決系統(tǒng)設計過程面臨的EMI問題基本上有下列幾條途徑：1、請芯片供應商改進芯片內(nèi)部的EMI指標；2、選擇EMI性能比較好的芯片；3、采納EMC測試實驗室給出的建議，改進電路板的設計，處理好接地和去耦電容的安置；4、外加屏蔽盒。 目前，系統(tǒng)制造商在解決EMI問題上的主要問題是沒有從源頭去控制EMI，也就是說，在電路板設計、去耦電容的放置等問題上處理不好，從而被迫加多達十幾個磁珠去控制某些頻點的EMI，造成解決EMI問題的成本

9、大為增加，而如果設計初期就考慮EMI的控制問題，通常加1-2個磁珠能夠通過EMC認證。 解決板級信號完整性和EMI問題的建議和方案 在高速數(shù)字設計領(lǐng)域，信號完整性和EMI已經(jīng)變成了一個關(guān)鍵的議題。隨著設備不斷在功能上的增強和體積上的小型化，設計工程師們面臨著越來越多來自信號完整性與EMI的挑戰(zhàn)。 信號完整性是指信號在信號線上傳輸?shù)馁|(zhì)量，主要問題包括反射、振鈴、時序、地反彈和串擾等。差的信號完整性問題不是由某一單一因素導致的，而是板級設計中多種因素共同引起的。PCB板設計中，要求信號完整性工程師要全面考慮器件、傳輸線互聯(lián)方案、電源分配以及EMC方面的問題。 信號完整性和EMI的關(guān)系 從電磁場(E

10、M)的觀點出發(fā)將非常有幫助于了解SI問題的物理行為。多層封裝結(jié)構(gòu)中，通孔a上的交變電流在金屬層之間的輻射方向上將產(chǎn)生背離通孔的EM波傳播效應。金屬層之間的電場將導致層間電壓的變化(電壓是電場的積分)。當EM波抵達其它通孔的時候，EM波將在位于那些通孔的地方感生電流。而在通孔所在位置的感生電流進一步產(chǎn)生沿著金屬層之間傳播的EM場。當波形到達封裝邊沿的時候，其中一部分將輻射到空中，另一部分波形將反射回去。如果EM波在封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部前后反射并互相疊加，那么將出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。波的傳播、反射、耦合和諧振是發(fā)生在封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部的、造成信號完整性和EMI問題的主要原因。下面概要介紹此次分銷商技術(shù)支持調(diào)查采訪過程中

11、，由分銷商提出的解決信號完整性和EMI問題的建議和解決辦法。 建議和解決辦法 (a)電路板設計中的走線、PCB板材和阻抗匹配等方面如果出現(xiàn)問題就會導致信號完整性問題，通過提供完善的設計方案，包括完整的電路板版圖信息與精確的匹配阻抗,利用差分信號的低電壓的優(yōu)勢,降低系統(tǒng)制造商在設計上面臨的問題。 (b) 希望系統(tǒng)制造商的設計人員以高頻信號的設計為優(yōu)先考慮,不要因為成本問題而忽略了對高頻信號對電路板設計上的要求。 (c) 遵循差分信號的原則，并盡量將高頻信號放于同一層中，減小過孔。 (d) 解決信號的反射、串擾噪聲問題的辦法是通過采用先進的EDA工具，選擇正確的布線策略和終端匹配方式，從而得到的理

12、想的信號波形。 (e) 解決系統(tǒng)中EMI問題，首先要減小系統(tǒng)中的各種電源之間的互相影響，如數(shù)字電源和模擬電源通常只某點處連接，且中間加磁珠濾波；還要選擇合適的位置放置去耦電容；最后是在印制板的頂層和底層大面積鋪銅，用較多的過孔將這些地平面連接在一起。信號完整性的分析在高速設計的作用舉足輕重，只有解決好高速設計中的信號完整性，高速系統(tǒng)才能準確、穩(wěn)定地工作。 (f) 基于信號完整性的設計方法如下： (1) 在PCB板設計之前，利用CADENCE提供的Model integrity首先建立高速數(shù)字信號傳輸?shù)男盘柾暾阅Ｐ汀?(2) 利用SPEECTRAQUEST 工具對對信號完整性問題進行一系列的預分析，包括電源系統(tǒng)性分析，根據(jù)仿真計算的結(jié)果選擇合適的元器件類型、參數(shù)和電路拓撲結(jié)構(gòu)，作為電路設計的依據(jù)。 (3) 在電路的設計過程中，利用IBIS模型進