1. 程式人生 > >SI與EMI(一)

SI與EMI(一)

Mark為期兩天的EMC培訓中大概分成四個時間差不多的部分,簡單來說分別是SI、PI、迴流、遮蔽。而在訊號完整性的書籍中,也會把訊號完整性 分為:1.訊號自身傳輸的問題(反射,損耗);2.訊號與訊號之間的問題(串擾);3.電源問題;4.EMC問題。看來EMC跟SI重疊度很高啊,確實做 久了之後,發現其實他們都是在解決一個電磁場往哪兒去的問題,解決的思路與手段都有非常大的相似性。

在PCB板上的電磁 場,更多的還是儲存在電容電感中,任何一個導體都是電感,而任何兩個導體的組合都是電容。儲存在訊號路徑與迴流路徑之中的電磁場是我們的有效訊號,儲存在 訊號路徑與其他路徑之間的是我們的串擾,還有一部分能量會散逸出去(可以理解為跑去訊號路徑與PCB板外的金屬所構成的電容中了),這一部分能量就是我們 的EMI能量。

而電磁場也是有惰性的,哪裡電容大它就呆在那裡,哪裡阻抗小它就往哪去,哪裡的互感大就會分到更多的能量。訊號傳送出來,其總能量可以認為是一定的,訊號路徑與迴流路徑之間分到的能量變多了,串擾和EMI也就變小了。


下面看看我們反射是怎樣影響EMI的。

如大家平時看到的圖片一樣,反射會讓訊號產生振鈴:

 

 

SI與EMI-反射讓訊號產生振鈴
(圖一)

大家平時通常說這個波形的訊號質量不好,但其實這樣的訊號的EMI也更嚴重,反射的過沖使得dI/dt變得更大了,有振鈴訊號的頻譜如下圖中紅色所示:

 

SI與EMI-反射的過沖使得dI/dt變得更大,EMI也更嚴重
(圖二)

訊號傳輸的物理結構沒有變化,訊號某一些頻率的幅度變強了,輻射的能量自然也就變強了。

可能有的朋友會問了:不是說好了能量守恆嗎?這些莫名其妙多出來的能量是從哪裡來的?

其實只是反射之後某一部分的電磁場在時間和空間上進行了疊加,看起來增加了而已。

事實上,小陳同學確實有通過加匹配電阻成功的解決了一個醫療儀器專案EMI超標的問題,在源端加上一個50歐姆的匹配電阻之後,訊號從紅色波形變成了藍色的波形:

SI與EMI-加匹配電阻成功的解決EMI超標
(圖三)

可以看到,訊號整體的頻譜分量明顯變小了。

而且這樣的串阻除了匹配阻抗消除反射,減小電磁場在某些地方的疊加,達到減小EMI能量之外,還可以從另一個方面去減小EMI能量,可以看到圖三中低頻的諧波也有較明顯的改善,而圖二中則沒有。