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      SI与EMI(一)

      来源:一博自媒体 时间:2016-6-6 类别:微信自媒体

      文 | 陈德恒   一博科技高速先生团队队员   EMC序列文章

       

      Mark为期两天的EMC培训中大概分成四个时间差不多的部分,简单来说分别是SI、PI、回流、屏蔽。而在信号完整性的书籍中,也会把信号完整性分为:1.信号自身传输的问题(反射,损耗);2.信号与信号之间的问题(串扰);3.电源问题;4.EMC问题。看来EMC跟SI重叠度很高啊,确实做久了之后,发现其实他们都是在解决一个电磁场往哪儿去的问题,解决的思路与手段都有非常大的相似性。

       

      在PCB板上的电磁场,更多的还是储存在电容电感中,任何一个导体都是电感,而任何两个导体的组合都是电容。储存在信号路径与回流路径之中的电磁场是我们的有效信号,储存在信号路径与其他路径之间的是我们的串扰,还有一部分能量会散逸出去(可以理解为跑去信号路径与PCB板外的金属所构成的电容中了),这一部分能量就是我们的EMI能量。

       

      而电磁场也是有惰性的,哪里电容大它就呆在那里,哪里阻抗小它就往哪去,哪里的互感大就会分到更多的能量。信号发送出来,其总能量可以认为是一定的,信号路径与回流路径之间分到的能量变多了,串扰和EMI也就变小了。


      下面看看我们反射是怎样影响EMI的。

       

      如大家平时看到的图片一样,反射会让信号产生振铃:

       

       

      SI与EMI-反射让信号产生振铃


      (图一)

      大家平时通常说这个波形的信号质量不好,但其实这样的信号的EMI也更严重,反射的过冲使得dI/dt变得更大了,有振铃信号的频谱如下图中红色所示:


      SI与EMI-反射的过冲使得dI/dt变得更大,EMI也更严重

       
      (图二)

      信号传输的物理结构没有变化,信号某一些频率的幅度变强了,辐射的能量自然也就变强了。

       

      可能有的朋友会问了:不是说好了能量守恒吗?这些莫名其妙多出来的能量是从哪里来的?

       

      其实只是反射之后某一部分的电磁场在时间和空间上进行了叠加,看起来增加了而已。

       

      事实上,小陈同学确实有通过加匹配电阻成功的解决了一个医疗仪器项目EMI超标的问题,在源端加上一个50欧姆的匹配电阻之后,信号从红色波形变成了蓝色的波形:

      SI与EMI-加匹配电阻成功的解决EMI超标


       
      (图三)

      可以看到,信号整体的频谱分量明显变小了。

       

      而且这样的串阻除了匹配阻抗消除反射,减小电磁场在某些地方的叠加,达到减小EMI能量之外,还可以从另一个方面去减小EMI能量,可以看到图三中低频的谐波也有较明显的改善,而图二中则没有。

       

       


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