EDA365 發表於 2021-01-15 14:44:52
導讀
由於日常與硬體開發/互連等人員合作的過程中，他們經常問及EMC與SI的問題，且時常發生因電磁兼容與信號完整性問題的爭論不休，特考慮寫了此文來談談自己對於EMC和SI之間關係的一些看法！如有不妥之處，還請給予指正。
EMC與SI之間的藕斷絲連
隨著數字電路的工作頻率的提高，設計人員對於SI的關注也越來越加重視。
作為EMC工程師們來說，他們已經處理這些問題很多年了。我們有些時候不願意承認這一點，但是早在20世紀60年代起，工程師就開始測試那些問題，對於數據的控制和高速半導體的測試。
現在，感謝於現代的高速電子技術，這些SI的問題知識才得於普片認識和理解。我們經常認為SI是EMC的一個特殊部分。然而，其實SI與EMC這兩個學科之間存在幾點關鍵的不同點。幸運的是，許多相同的對策都同時能適用於EMC和SI問題的解決。
針對EMC與SI的關係問題，我們進行了一系列的比較，從目的，應用領域，信號的幅度，設計關注點，當然還有一些問題解決手段等。
目的不同
NO.1
SI最初的目的是改善信號質量，保證系統合理滿意的工作。而EMC最初的目的是系統能夠通過EMC測試就好，系統穩定的工作作為第二目的。曾經有人為了說「SI的重要性大於EMC「而爭吵，因為他認為：如果系統不能正常工作，即使系統能夠通過EMC試驗也無濟於事。
應用領域
NO.2
在這點不同是, SI是趨向於系統內部的角度，而EMC一個廣泛的角度。
SI通常關注點在於高速數字電路的PCB板和連接器，因為那些地方存在高速信號的傳輸。
而EMC，則是從另一方面來說，它關注的是整個系統（包括PCB電路板，結構，電源系統的濾波和防護,電纜的設計和互連，接地等）。所以，EMC考慮的電路包括低電位的模擬電路、中高頻的數字電路。
信號幅度不同
NO.3
信號幅度的不同是EMC與SI的一個關鍵的不同點。
一般來說，SI是處理毫幅級的電壓和電流信號，而EMC在處理的是微幅級的電壓和電流信號。所以在信號的幅度上，SI與EMC就相差幾個數量級，（記住：一個100MHz的微安的共模電流在一條電纜上就可以不通過FCC和CE的EMC輻射測試要求），所以僅僅有SI的設計技術是不夠的。
對於EMC的抗幹擾設計，EMC幅度可能是KV和KAMP級的（例如ESD和雷擊測試），這樣就超越了SI的正常電位電流幅值要求。因此，EMC需要考慮的是電路之間的幹擾和工作的穩定性，還有更高級的防護。
設計關注點的不同
NO.4
對於SI來說，設計關注點主要有四個：信號的反射、信號的耦合、地的彈跳、電源的去耦合。採用傳輸線分析技術是SI分析方法之一，因為在高速數字電路的影響是一個集中分布參數模式，而不是一個恆定不變的，這些都因為光速和波長因素引起。（如果光速是無窮大的話，我們將不會面臨到SI的問題，也不會有EMC的問題，EMC/SI工程師也可能會沒有工作。）
對於EMC來說，它關注點主要有三個：輻射、抗幹擾、自身的兼容。當然，以後可能還包括數字與模擬之間的幹擾，繼電器或馬達引起的瞬態幹擾等。
傳輸線原理和天線原理分析技術對於理解EMC是非常必要的。而且，EMC考慮的頻段是從直流到光速頻寬的領域。
SI與EMC解決手段
NO.5
如今，有很多的資料討論過如何解決和阻止EMC和SI的問題。幸運的是，好的SI設計是與好的EMC設計相互兼容的。也就是說，對於在高速數字電路PCB板上，SI設計的好壞嚴重地影響著EMC設計的成功。
好的SI/EMC設計開始於電路和PCB電路板的設計。如今普片的設計包括：重要電路的設計，PCB板，疊層數量及疊層的安排，電源的去耦合設計，控制信號的反射和耦合等。而EMC還包括系統地的設計、屏蔽設計、濾波器的設計和暫態抑制設計等。
對於重要電路的設計，SI/EMC是相同的。例如減少時鐘信號CLK的諧波，注意一些敏感信號（例如RESET等）。在設計的過程中，我們建議對於模擬電路和電源電路要進行額外的高頻保護。
5.1
多層PCB板的設計
多層電路板的設計對於SI/EMC是非常有利的。有完整的電源和地平面可以降低20至40dB對於EMC抑制能力。同樣可以降低信號之間的耦合和地彈跳的影響。所以，不要忽視多層板對於SI的幫助，特別是對於敏感模擬信號的影響。
5.2
電源的去耦合設計
電源去耦合設計對於SI和EMC至關重要。但電源去耦合設計的目的對於SI和EMC有一小點的差異。對於SI來說，電源去耦合是為了減小電源的droop, 而對於EMC是減少高頻的諧波和環路面積。
5.3
阻抗的控制
阻抗的控制和反射的控制對於EMC/SI很重要。在SI的角度來看，它是改善信號品質；而對於EMC領域而言，它是減小輻射。
5.4
不同之處
接地技術、濾波技術、屏蔽技術和暫態防護技術對於EMC更重要相對於SI來說。
總結
NO.6
我們希望這篇文章能讓大家了解EMC與SI之間的差異和相關性，以便在今後的設計中去注意SI與EMC的設計！
今天看到這個帖子《80張CCC認證證書被撤銷（文章原文參考百度）》之後，讓我不由自主地想起了自己這個帖子《對於電磁兼容的認識，你是否掉入這些誤區（上）？》中談到的內容：
但，同時我也更相信我在這個帖子《對於電磁兼容的認識，您是否掉入這些誤區（下）？》中所談到的一樣：
責任編輯：xj
原文標題：電磁兼容與信號完整性之間的藕斷絲連
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