对于用最佳终端匹配策略降低电磁辐射干扰的问题研究

信号电流分析举例

下面举一个例子，说明如何通过电流分析来降低个人计算机PC线路板的电磁干扰辐射。选择工作频率为133MHz的时钟网络做分析。用适当IBIS模型分别表示驱动器和接收器。采用电源串联电阻终端匹配的方案。对本线路网络“缺省”的终端匹配电阻值为22_。

可以选用不同的终端匹配电阻，当终端匹配电阻在10_到39_(典型范围)之间改变时，接收端相应的电压波形有所改变。显示了终端匹配电阻的选择对电压波形的影响。随着终端匹配电阻值的增加，脉冲的幅度有一些降低，上升时间有一些延长。分析信号完整性的工程师可能愿意接受任何一个图上显示的波形，因为它们都足够好，可以确保系统的正确运行。因为这个分析的目的是为了减少可能的辐射，接收器端线路上的电流也得到了分析。

显示了当终端匹配电阻值不同时，接收端的电流波形各不相同。我们立刻可以看出当匹配电阻为10_时，其电流值远比选用其他匹配电阻值时大。进一步分析表明当匹配电阻为22_和25_时会出现一些“特别”的波形，当选用的匹配电阻值继续增大时，这些特别的波形便消失了。虽然这很有用，但这并没有真正说明高频谐波(最常见的辐射问题)减少的具体数量。因此，需要对时间域的信号波形进行傅立叶变换以得到频率域的频谱，选用不同的终端匹配电阻时的电压和电流的频谱。

显示了采用不同的终端匹配电阻时，信号谐波的电流变化(delta)幅度的缩小与频率增加的关系图。这幅图显示在各不同的谐波频率点，不管终端匹配电阻是从10_变化到39_，还是从10_变化到30_，这两种情况下，电流幅度的缩小基本相同。在某些谐波频率点，电流幅度的减少高达45dB。这个结论非常有意义，因为用了终端匹配电阻就能显著地减少辐射电流，这样做几乎没有什么产品的设计还会遇到电磁辐射达不到标准的问题。有用信号的高频谐波的电流幅度减小了，潜在的引起干扰的共模电流也将减小同样的量。这样将在最终产品中大大减少对滤波和屏蔽密封的需求。工程师们应该对他们自己说，“辐射是由于不需要的电流引起的，我们只需要把不需要的电流消除就行了，为什么我们还要与辐射问题较劲呢?”

总结

本论文表明，EMI辐射的显著减少最终可以通过减少共模电流中的高频谐波分量达到，即首先减少内部电流中的谐波频率的幅度。终端匹配电阻值的选择要合适，使电流频谱幅度的减少达到一定的程度，此时接收器端的电压波形仍然能满足功能要求。

既然不同欧姆值的电阻价格基本相同，所以选择不同阻值的匹配电阻就能显著地降低有用信号电流的谐波幅度，因此对制造芯片来说不需付出任何额外的代价。研究信号完整性的工程师们，用这种类型的分析方法，在他们的设计中大大降低了EMI辐射。在本文的例子中，串联终端匹配电阻值选在10Ω~39Ω之间，对传统的信号完整性分析而言，这些阻值是可以接受的。但是如果想要进一步降低EMI辐射，我们发现30Ω是最佳的终端匹配电阻值。虽然本文的分析并非想说明设计工作不需要电磁兼容工程师的参与，但这清楚地表明，PC线路板工程师只要采用新的信号完整性分析工具，稍微扩展一下传统的信号完