管理 PCB 设计中的 EMI：EMI 来源和解决方案

随着 PC 板上的接口速度越来越快，管理电磁干扰 (EMI) 是设计人员面临的最大挑战之一。无用发射的可能原因有很多。以下是一些可能导致 EMI 问题的示例：

· 跨越参考平面间隙的高速走线?

· 靠近平面边缘的高速走线?

· 高速走线的参考平面变化

使用设计规则检查是一种快速定位潜在 EMI 来源的方法。尽管基于规则的检查并不完美，但它为用户提供了许多好处。3-D EM 仿真通常用于仿真 EMI 现象。然而，模拟结果并没有确定辐射的原因，它们只向您展示了 EM 场的行为方式。即使仔细检查模拟结果，通常也无法找到辐射源。

规则检查以消除 EMI 源

让我们看一个使用规则检查来定位 EMI 源的示例。图 1 中的 PCB 具有三个 FPGA、四个 DDR3 存储设备和四个 DDR2 设备。最常见的 EMI 来源之一是跨越间隙的高速走线。

图 1：此 PCB 有一条穿过间隙的高速走线，可能会导致阻抗变化。

微带线广泛用于高速走线。它在走线的相邻层中有一个参考平面。返回电流刚好低于信号电流(见图 2)。该走线将具有非常稳定的阻抗。

图 2：对于微带线，参考直接位于信号迹线下方，从而产生稳定的阻抗并且无需担心 EMI。

当走线穿过参考平面的间隙时，如图 1 中的 PCB 所示，返回电流需要绕过间隙。当间隙太大或太宽时，信号会在间隙处反射。(图3)

图 3：当产生间隙时，产生的迹线形成环形天线，辐射不需要的射频能量。

环形电流形成一个环形天线，不幸的是，它是一个高效的辐射器。

要找到跨越间隙的迹线，可以使用 Mentor Graphics HyperLynx DRC 等工具编写和执行规则。这些规则易于编写，无需准备更复杂的 IBIS 模型。除了提高基于规则的方法的性能外，经验不足的用户使用起来也容易得多。

易用性、高性能和无需模型允许用户在设计过程中根据需要多次运行规则检查。设计人员可以在设计的每个阶段期间和之后运行仿真，而不是在设计结束时运行仿真(图 4 中的上图)。这可以很早地发现问题，并允许快速、廉价地纠正 EMI 问题。

图 4：快速简单的规则检查意味着您可以更频繁地运行检查。

3D EM Simulation

基于规则的检查快速、准确，并且可由非专家用户运行。尽管如此，3D EM 仿真还是有用的，但通常需要 EMI 专家。

图 5 显示了两个差分对(A 和 B)穿过两个平面间隙(蓝色箭头)。在此设计中，上对 (A) 的间隙更靠近其接收器和驱动器，而下对 (B) 的走线中间有间隙。在这种情况下，需要 3-D 电磁仿真。

图 5：两个差分对(A 和 B)采用不同的路径。哪个更关键?

图 6 中的 S 图显示了从 Nimbic nWave 仿真结果中获得的 S(21) 曲线。它表明通道 B(红线)在较低频率下具有显着的插入损耗。这表明发生了强烈的共振，因为返回电流在中途失去了路径。迹线 B 将导致更严重的 EMI 问题。

图 6：两个差分对 A 和 B 的阻抗图。

结论

如图所示，基于规则的验证和 3D EM 模拟相辅相成。基于规则的 EMI 检查允许搜索和识别已知的 EMI 发生器。然后，可以在设计的早期修复有问题的布局，因为它可以快速且廉价地完成。为了进行更多分析，全 3D EM 仿真可以帮助设计人员找到困难的问题，以便他们也可以得到纠正。