如何利用EMIStream來解決系統(tǒng)板級(jí)EMI問題

隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜度越來越高，EMI問題也越來越多。為了使自己的產(chǎn)品能達(dá)到相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員不得不往返于辦公室和EMC實(shí)驗(yàn)室，反復(fù)地測試、修改設(shè)計(jì)、再測試，如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的階段就及時(shí)發(fā)現(xiàn)EMI問題變得重要。PCB布局、布線以及電源層的處理對(duì)整個(gè)電路板的EMI問題有著非常重要的影響。本文將通過實(shí)例分析討論如何利用EMIStream來解決板級(jí)EMI問題。

電磁干擾(EMI)分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾主要是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)，通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相干擾。輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號(hào)，通過空間耦合傳給另一個(gè)電路網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備，在PCB電路板中，電磁能的存在有兩種形式，即差模EMI和共模EMI。當(dāng)器件輸出的電流流入一個(gè)負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生差模EMI。當(dāng)電流流經(jīng)多個(gè)導(dǎo)電平面，如PCB上的導(dǎo)線組或電纜，就會(huì)產(chǎn)生共模EMI。圖1給出了差模EMI和共模EMI的示意圖。

其中，I表示電流強(qiáng)度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線長度，d表示測量天線到電纜的距離。

解決EMI的主要方法是減少電路板上由各種原因產(chǎn)生的輻射能量，而控制EMI的關(guān)鍵，是降低電源地平面諧振和電路回流的路徑阻抗，并正確放置旁路和去耦電容。

本文使用EMIStream工具對(duì)板極EMI問題進(jìn)行分析。EMIStream工具的兩大主要功能是支持PCB板全部網(wǎng)絡(luò)的EMI分析以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的應(yīng)用軟件，可以用于Cadence、Mentor Graphics、Zuken和Altium等公司的設(shè)計(jì)工具中的各種PCB設(shè)計(jì)流程，在PCB制造之前解決EMI問題。EMIStream軟件內(nèi)建13條經(jīng)典EMI檢查規(guī)則，均經(jīng)過日本NEC內(nèi)部產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證，每個(gè)檢查規(guī)則的設(shè)置值是經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的最佳理論值。1.EMIStream分析流程

圖2是使用EMIStream對(duì)電路板進(jìn)行分析的設(shè)計(jì)流程。EMIStream嵌入在PCB設(shè)計(jì)的全過程，在設(shè)計(jì)階段解決EMI問題有利于減少反復(fù)設(shè)計(jì)的次數(shù)。

2.布局的EMI檢查

A)當(dāng)完成布局后，把Allegro數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB設(shè)計(jì)工具也都有接口，保證數(shù)據(jù)的完全導(dǎo)入。

B)設(shè)定層疊信息，根據(jù)PCB板的層疊信息，填寫入EMI。

C)根據(jù)電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，正確填寫電路中相關(guān)NET的頻率、串?dāng)_組、差分對(duì)、電源地信號(hào)的設(shè)置。

D)設(shè)置規(guī)則的參數(shù)，我們選擇采用默認(rèn)參數(shù)，同時(shí)選擇長度檢查和最大輻射值檢查項(xiàng)目對(duì)該板實(shí)施檢查。

檢查結(jié)果以對(duì)話框的形式顯示出來，用戶點(diǎn)擊錯(cuò)誤提示，查看有問題的NET，然后采用下面兩個(gè)方法來消除EMI問題：(1)調(diào)整零件的布局位置，減少NET總的長度；(2)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少共模輻射的強(qiáng)度。

3.布局布線中和完成以后的EMI檢查

A：當(dāng)布局布線完成后，實(shí)施整板網(wǎng)絡(luò)檢查，通過NET Parameter選擇需要檢測的所有關(guān)鍵信號(hào)，比如時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、地址線、差分對(duì)等，同時(shí)可以任意選擇13條規(guī)則作為EMI檢查的基準(zhǔn)。

B：13規(guī)則包括傳導(dǎo)輻射分析用的2個(gè)規(guī)則、電流回路分析用的3個(gè)規(guī)則、電源和地層分析的2個(gè)規(guī)則、信號(hào)完整性分析的4個(gè)規(guī)則、元件布局分析的2個(gè)規(guī)則。

C：檢查結(jié)果以對(duì)話框的方式顯示出來，按照網(wǎng)絡(luò)的EMI問題的嚴(yán)重程度從上到下逐一列出。打開每一條出錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，將列出全部EMI出錯(cuò)信息(錯(cuò)誤列表)，有的出錯(cuò)信息還會(huì)顯示修改提示，最后列出該網(wǎng)絡(luò)的最大輻射值以及差模輻射共模輻射值;同時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)在PCB版圖上將高亮度顯示，所有錯(cuò)誤用紅圈在網(wǎng)絡(luò)上標(biāo)出(圖3)。