什么是電磁干擾EMI和電磁兼容性(EMC)

1、什么是電磁干擾（EMI）和電磁兼容性(EMC)?字體大?。捍?| 中 | 小 2006-06-12 16:09 - 閱讀：1090 - 評(píng)論：0 EMI(Electromagnetic Interference)，有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是指通 過(guò)導(dǎo)電介質(zhì)把一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是指干擾源通過(guò) 空間把其信號(hào)耦合（干擾）到另一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，高頻信號(hào)線、集成 電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其 他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。 自從電子系統(tǒng)降噪技術(shù)在70 年代中期出現(xiàn)以來(lái)，主要由于美

2、國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)在1990 年和歐盟在1992 提出了對(duì)商業(yè)數(shù)碼產(chǎn)品的有關(guān)規(guī)章，這些規(guī)章要求各個(gè)公司確保它們的產(chǎn) 品符合嚴(yán)格的磁化系數(shù)和發(fā)射準(zhǔn)則。符合這些規(guī)章的產(chǎn)品稱為具有電磁兼容性EMC （Electromagnetic Compatibility）。 什么是信號(hào)完整性(signal integrity) 信號(hào)完整性是指信號(hào)在信號(hào)線上的質(zhì)量。信號(hào)具有良好的信號(hào)完整性是指當(dāng)在需要的時(shí) 候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號(hào)完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板 級(jí)設(shè)計(jì)中多種因素共同引起的。主要的信號(hào)完整性問(wèn)題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。 常見(jiàn)信號(hào)完整性問(wèn)題及解決方法 什么是反射(refl

3、ection) 反射就是在傳輸線上的回波。信號(hào)功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載 處，但是有一部分被反射了。如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗，反射就不會(huì)發(fā)生了。源端 與負(fù)載端阻抗不匹配會(huì)引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源 阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、 不正確的線端接、經(jīng)過(guò)連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會(huì)導(dǎo)致此類反射。 什么是串?dāng)_(crosstalk) 串?dāng)_是兩條信號(hào)線之間的耦合，信號(hào)線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引 發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB 板層的參數(shù)、信號(hào)線間距

4、、驅(qū)動(dòng)端和接收端的 電氣特性及線端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。 什么是過(guò)沖(overshoot)和下沖(undershoot) 過(guò)沖就是第一個(gè)峰值或谷值超過(guò)設(shè)定電壓對(duì)于上升沿是指最高電壓而對(duì)于下降沿是 指最低電壓。下沖是指下一個(gè)谷值或峰值。過(guò)分的過(guò)沖能夠引起保護(hù)二極管工作，導(dǎo)致過(guò)早 地失效。過(guò)分的下沖能夠引起假的時(shí)鐘或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤(誤*作)。 什么是振蕩(ringing)和 環(huán)繞振蕩（rounding） 振蕩的現(xiàn)象是反復(fù)出現(xiàn)過(guò)沖和下沖。信號(hào)的振蕩和環(huán)繞振蕩由線上過(guò)度的電感和電容引 起，振蕩屬于欠阻尼狀態(tài)而環(huán)繞振蕩屬于過(guò)阻尼狀態(tài)。信號(hào)完整性問(wèn)題通常發(fā)生在周期信號(hào) 中，如時(shí)鐘等，振蕩和環(huán)繞振蕩同反射一

5、樣也是由多種因素引起的，振蕩可以通過(guò)適當(dāng)?shù)亩?接予以減小，但是不可能完全消除。 什么是地電平面反彈噪聲和回流噪聲 在電路中有大的電流涌動(dòng)時(shí)會(huì)引起地平面反彈噪聲（簡(jiǎn)稱為地彈），如大量芯片的輸出 同時(shí)開(kāi)啟時(shí)，將有一個(gè)較大的瞬態(tài)電流在芯片與板的電源平面流過(guò)，芯片封裝與電源平面的 電感和電阻會(huì)引發(fā)電源噪聲，這樣會(huì)在真正的地平面（0V）上產(chǎn)生電壓的波動(dòng)和變化，這個(gè) 噪聲會(huì)影響其它元器件的動(dòng)作。負(fù)載電容的增大、負(fù)載電阻的減小、地電感的增大、同時(shí)開(kāi) 關(guān)器件數(shù)目的增加均會(huì)導(dǎo)致地彈的增大。 由于地電平面（包括電源和地）分割，例如地層 被分割為數(shù)字地、模擬地、屏蔽地等，當(dāng)數(shù)字信號(hào)走到模擬地線區(qū)域時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生地平面

6、回 流噪聲。同樣電源層也可能會(huì)被分割為2.5V，3.3V，5V 等。所以在多電壓PCB 設(shè)計(jì)中，地 電平面的反彈噪聲和回流噪聲需要特別關(guān)心。 在時(shí)域(time domain)和頻域(frequency domain)之間有什么不同時(shí)域(time domain)是 以時(shí)間為基準(zhǔn)的電壓或電流的變化的過(guò)程，可以用示波器觀察到。它通常用于找出管腳到管 腳的延時(shí)(delays)、偏移(skew)、過(guò)沖(overshoot)、下沖(undershoot)以及建立時(shí)間 (settling times)。頻域(frequency domain)是以頻率為基準(zhǔn)的電壓或電流的變化的過(guò)程， 可以用頻譜分析儀觀察到。

7、它通常用于波形與FCC 和其它EMI 控制限制之間的比較。 什么是阻抗(impedance) 阻抗是傳輸線上輸入電壓對(duì)輸入電流的比率值(Z0=V/I)。當(dāng)一個(gè)源送出一個(gè)信號(hào)到線 上，它將阻礙它驅(qū)動(dòng)，直到2*TD 時(shí)，源并沒(méi)有看到它的改變，在這里TD 是線的延時(shí) (delay)。 什么是建立時(shí)間(settling time) 建立時(shí)間就是對(duì)于一個(gè)振蕩的信號(hào)穩(wěn)定到指定的最終值所需要的時(shí)間。 什么是管腳到管腳(pin-to-pin)的延時(shí)(delay) 管腳到管腳延時(shí)是指在驅(qū)動(dòng)器端狀態(tài)的改變到接收器端狀態(tài)的改變之間的時(shí)間。這些改 變通常發(fā)生在給定電壓的50%，最小延時(shí)發(fā)生在當(dāng)輸出第一個(gè)越過(guò)給定的閾值

8、(threshold)， 最大延時(shí)發(fā)生在當(dāng)輸出最后一個(gè)越過(guò)電壓閾值(threshold) ，測(cè)量所有這些情況。 什么是偏移(skew) 信號(hào)的偏移是對(duì)于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)不同的接收器端之間的時(shí)間偏差。偏移還被用于在邏 輯門上時(shí)鐘和數(shù)據(jù)達(dá)到的時(shí)間偏差。 什么是斜率(slew rate) Slew rate 就是邊沿斜率(一個(gè)信號(hào)的電壓有關(guān)的時(shí)間改變的比率)。I/O 的技術(shù)規(guī)范 (如PCI)狀態(tài)在兩個(gè)電壓之間，這就是斜率(slew rate)，它是可以測(cè)量的。 什么是靜態(tài)線(quiescent line) 在當(dāng)前的時(shí)鐘周期內(nèi)它不出現(xiàn)切換。另外也被稱為 "stuck-at" 線或st

9、atic線。串?dāng)_ (Crosstalk)能夠引起一個(gè)靜態(tài)線在時(shí)鐘周期內(nèi)出現(xiàn)切換。 什么是假時(shí)鐘(false clocking) 假時(shí)鐘是指時(shí)鐘越過(guò)閾值(threshold)無(wú)意識(shí)地改變了狀態(tài)(有時(shí)在VIL 或VIH之間)。通 常由于過(guò)分的下沖(undershoot)或串?dāng)_(crosstalk)引起。 什么是IBIS 模型 IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型是一種基于V/I 曲線 的對(duì)I/O BUFFER 快速準(zhǔn) 確建模的方法，是反映芯片驅(qū)動(dòng)和接收電氣特性的一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， 它提供一種標(biāo)準(zhǔn)的文件格式來(lái)記錄如驅(qū)動(dòng)源輸出阻抗、上升

10、/下降時(shí)間及輸入負(fù)載等參數(shù)， 非常適合做振蕩和串?dāng)_等高頻效應(yīng)的計(jì)算與仿真。 IBIS 規(guī)范最初由一個(gè)被稱為IBIS 開(kāi)放論壇的工業(yè)組織編寫，這個(gè)組織是由一些EDA 廠 商、計(jì)算機(jī)制造商、半導(dǎo)體廠商和大學(xué)組成的。IBIS 的版本發(fā)布情況為：1993 年4 月第一 次推出Version1.0 版，同年6 月經(jīng)修改后發(fā)布了Version1.1版，1994 年6 月在San Diego 通過(guò)了Version2.0 版，同年12 月升級(jí)為Version2.1 版，1995 年12 月其Version2.1 版成 為ANSI/EIA-656 標(biāo)準(zhǔn)，1997 年6 月發(fā)布了Version3.0 版，同年9

11、月被接納為IEC 62012- 1 標(biāo)準(zhǔn)，1998 年升級(jí)為Version3.1 版，1999 年1 月推出了當(dāng)前最新的版本Version3.2 版。 IBIS 本身只是一種文件格式，它說(shuō)明在一標(biāo)準(zhǔn)的IBIS 文件中如何記錄一個(gè)芯片的驅(qū)動(dòng) 器和接收器的不同參數(shù)，但并不說(shuō)明這些被記錄的參數(shù)如何使用，這些參數(shù)需要由使用BIS 模型的仿真工具來(lái)讀取。欲使用IBIS 進(jìn)行實(shí)際的仿真，需要先完成以下四件工作： （1）獲取有關(guān)芯片驅(qū)動(dòng)器和接收器的原始信息源； （2）獲取一種將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IBIS 格式的方法； （3）提供用于仿真的可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的布局布線信息； （4）提供一種能夠讀取IBIS 和布局布線

12、格式并能夠進(jìn)行分析計(jì)算的軟件工具。 IBIS 是一種簡(jiǎn)單直觀的文件格式，很適合用于類似于Spice（但不是Spice，因?yàn)镮BIS 文件格式不能直接被Spice 工具讀?。┑碾娐贩抡婀ぞ摺Ｋ峁?qū)動(dòng)器和接收器的行為描 述，但不泄漏電路內(nèi)部構(gòu)造的知識(shí)產(chǎn)權(quán)細(xì)節(jié)。換句話說(shuō)，銷售商可以用IBIS 模型來(lái)說(shuō)明它 們最新的門級(jí)設(shè)計(jì)工作，而不會(huì)給其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手透露過(guò)多的產(chǎn)品信息。并且，因?yàn)镮BIS 是一 個(gè)簡(jiǎn)單的模型，當(dāng)做簡(jiǎn)單的帶負(fù)載仿真時(shí)，比相應(yīng)的全Spice 三極管級(jí)模型仿真要節(jié)省10 15 倍的計(jì)算量。 IBIS 提供兩條完整的VI 曲線分別代表驅(qū)動(dòng)器為高電平和低電平狀態(tài)，以及在確定的 轉(zhuǎn)換速度下?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)換

13、的曲線。VI 曲線的作用在于為IBIS 提供保護(hù)二極管、TTL 圖騰柱驅(qū) 動(dòng)源和射極跟隨輸出等非線性效應(yīng)的建模能力。 由上可知，IBIS 模型的優(yōu)點(diǎn)可以概括為： 1、在I/O 非線性方面能夠提供準(zhǔn)確的模型，同時(shí)考慮了封裝的寄生參數(shù)與ESD 結(jié)構(gòu)； 2、提供比結(jié)構(gòu)化的方法更快的仿真速度； 3、可用于系統(tǒng)板級(jí)或多板信號(hào)完整性分析仿真?？捎肐BIS 模型分析的信號(hào)完整性問(wèn)題包 括：串?dāng)_、反 射、振蕩、上沖、下沖、不匹配阻抗、傳輸線分析、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析。IBIS 尤 其能夠?qū)Ω咚僬袷幒痛當(dāng)_進(jìn)行準(zhǔn)確精細(xì)的仿真，它可用于檢測(cè)最壞情況的上升時(shí)間條件下的 信號(hào)行為及一些用物理測(cè)試無(wú)法解決的情況； 4、模型可以免費(fèi)從半導(dǎo)體廠商處獲取，用戶無(wú)需對(duì)模型付額外開(kāi)銷； 5、兼容工業(yè)界廣泛的仿真平臺(tái)。 當(dāng)然，IBIS 不是完美的，它也存在以下缺點(diǎn)： 1、多芯片廠商缺乏對(duì)IBIS 模型的支持。而缺乏IBIS 模型，IBIS 工具就無(wú)法工作。雖然 IBIS 文件可以手工創(chuàng)建或