符合EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)的SerDes――基本測(cè)試策略和指南

摘要：電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）測(cè)試是汽車應(yīng)用領(lǐng)域中串行器/解串器（SerDes）設(shè)計(jì)必須驗(yàn)證的參數(shù)，需要在設(shè)計(jì)之初謹(jǐn)慎考慮EMI和EMC問題，避免不必要的設(shè)計(jì)修改。以下應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了如何在SerDes系統(tǒng)中測(cè)試EMI/EMC的基本概念和技術(shù)指南。

　　引言

　　LCD視頻顯示屏在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，堅(jiān)固的設(shè)計(jì)、小巧的尺寸及低廉的成本使其非常適合安全、導(dǎo)航及信息娛樂系統(tǒng)。LCD顯示屏是數(shù)字裝置，每個(gè)像素為離散的數(shù)字值。由于驅(qū)動(dòng)這些顯示屏的媒體/圖像信號(hào)源通常也為數(shù)字格式，因此，數(shù)字鏈路是連接視頻信號(hào)源和顯示屏最簡(jiǎn)單、性能最高的方式。視頻鏈路的數(shù)字通道必須具有足夠的帶寬，例如640 x 480像素的彩色顯示屏工作于30fps （幀/秒）。如果每個(gè)像素的紅、綠、藍(lán)信號(hào)僅有6位分辨率，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)率則為640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps。實(shí)際傳輸速率必須略高一些，因?yàn)檎９ぷ餍枰[時(shí)間。許多顯示屏具有更多像素和/或更高的像素分辨率，從而使碼率大大提升。串行器/解串器（SerDes）器件接收并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行串行轉(zhuǎn)換，以便傳輸。有些器件，例如MAX9209串行器，保持紅、綠和藍(lán)數(shù)據(jù)通道分離，三原色中的每種顏色為一個(gè)獨(dú)立的串行通道，另外還提供時(shí)鐘第4個(gè)通道。其它器件，例如MAX9247串行器，則將這些數(shù)據(jù)組合為單個(gè)串行通道，采用嵌入式時(shí)鐘信號(hào)。這兩種方法都會(huì)明顯提高傳輸基頻。盡管頻率增大會(huì)產(chǎn)生問題，但是為串行轉(zhuǎn)換后的信號(hào)提供具有適當(dāng)屏蔽和阻抗匹配的傳輸介質(zhì)相對(duì)比較容易。

　　EMI測(cè)試

　　汽車應(yīng)用中必須進(jìn)行EMI測(cè)試，確保處于工作狀態(tài)的系統(tǒng)不會(huì)干擾到周圍其他系統(tǒng)。針對(duì)空間輻射和傳導(dǎo)干擾進(jìn)行測(cè)試?？臻g輻射的測(cè)試主要使用天線，檢測(cè)系統(tǒng)通過自由空間向其他系統(tǒng)輻射的能力。設(shè)計(jì)不合理的SerDes系統(tǒng)無法滿足EMI技術(shù)指標(biāo)。相比之下，傳導(dǎo)干擾測(cè)試主要采用系統(tǒng)電源線上的電壓和電流探頭完成。由于SerDes系統(tǒng)很少直接連接到電源線，所以很少考慮傳導(dǎo)干擾。

　　EMC測(cè)試

　　與EMI測(cè)試類似，汽車應(yīng)用領(lǐng)域通過EMC測(cè)試確保系統(tǒng)不會(huì)被周圍其他系統(tǒng)干擾。由于新型汽車車體內(nèi)部存在大量電子系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都存在電流、電阻并且工作頻率占據(jù)很寬的頻譜，因此很有必要進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)試。EMC測(cè)試采用大電流注入（BCI），對(duì)被測(cè)系統(tǒng)來說是個(gè)難題。盡管BCI測(cè)試規(guī)范和方法依汽車廠商的不同而異，但通常涉及到頻率從幾MHz到1GHz較強(qiáng)的外部電磁場(chǎng)。

　　像素時(shí)鐘頻率選擇

　　正確選擇像素時(shí)鐘對(duì)EMI具有明顯影響，SerDes視頻鏈路類似于其它高速數(shù)字器件，會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘頻率整數(shù)倍的諧波輻射，由此檢測(cè)其EMI。汽車應(yīng)用領(lǐng)域，EMI輻射限制隨頻率變化。許多汽車制造商都在特定頻帶內(nèi)規(guī)定了相當(dāng)嚴(yán)格的限制。例如，433MHz是用于無線門禁（RKE）的頻率，往往是EMI規(guī)范中最嚴(yán)格的頻段。對(duì)于像素時(shí)鐘頻率為33MHz的系統(tǒng)，其13次諧波位于429MHz，這會(huì)嚴(yán)重干擾433MHz RKE頻帶。選擇稍低的32.7MHz頻率，可以將13次諧波移到425MHz，形成更寬松的頻率裕量。

　　SerDes PCB EMI/EMC測(cè)試的通用特點(diǎn)

　　●良好的接地對(duì)所有IC都是非常重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對(duì)于SerDes系統(tǒng)尤其重要。所有接地引腳必須具有低阻，并連接到穩(wěn)定的接地區(qū)域。不建議將PCB分為多個(gè)區(qū)域。PCB元件層的覆銅區(qū)域，以及緊鄰下方采用連續(xù)覆銅區(qū)，這些都是常規(guī)準(zhǔn)則。使最上層的覆銅遠(yuǎn)離阻抗匹配地走線，最好保留至少3倍于差分對(duì)布線的間距。

　　●考慮每個(gè)接地點(diǎn)都采用了多個(gè)過孔，過孔的寄生電感是造成非理想特性的關(guān)鍵。采用多個(gè)過孔有助于減小電感，從而提高性能。

　　●對(duì)IC的電源端進(jìn)行旁路非常重要，特別是對(duì)于SerDes系統(tǒng)。類似于接地的考慮，電源引腳從電源側(cè)看必須具有低交流阻抗，尤其是低壓差分信號(hào)（LVDS）線路、I/O電源引腳以及用于鎖相環(huán)（PLL）電路的電源引腳。建議每個(gè)引腳連接兩個(gè)旁路電容，這兩個(gè)電容通常相差10倍至100倍（例如0.1?F和1nF）。最小電容應(yīng)距離需要去耦/旁路的電源引腳最近。

　　●可以考慮在SerDes系統(tǒng)的電源引腳使用磁珠，特別是LVDS線路、I/O電源引腳和PLL電源引腳，當(dāng)然，這一點(diǎn)適用于所有電源引腳。磁珠有助于減小高頻能量的輸入和輸出，選擇峰值阻抗為100Ω至600Ω、額定值至少為100mA的磁珠。