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隨著電子系統(tǒng)的復(fù)雜度越來越高，EMC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)計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室，反復(fù)地測試、修改設(shè)計、再測試。這樣既浪費了人力，物力，也拖延了產(chǎn)品的上市時間，給企業(yè)帶來不可估量的損失。于是，如何在產(chǎn)品設(shè)計的階段就及時發(fā)現(xiàn)EMI問題變得重要。PCB布局、布線以及電源層的處理對整個電路板的EMI問題有著非常重要的影響。本文將通過實例分析討論如何利用EMIStream來解決板級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)計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室，反復(fù)地測試、修改設(shè)計、再測試。這樣既浪費了人力，物力，也拖延了產(chǎn)品的上市時間，給企業(yè)帶來不可估量的損失。于是，如何在產(chǎn)品設(shè)計的階段就及時發(fā)現(xiàn)EMI問題變得重要。PCB布局、布線以及電源層的處理對整個電路板的EMI問題有著非常重要的影響。本文將通過實例分析討論如何利用EMIStream來解決板級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，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，通過空間耦合傳給另一個電路網(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負(fù)載時，就會產(chǎn)生差模EMI。當(dāng)電流流經(jīng)多個導(dǎo)電平面，如PCB上的導(dǎo)線組或電纜，就會產(chǎn)生共模EMI。圖1給出了差模EMI和共模EMI的示意圖。 共差摸輻射的計算采用如下公式： 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)計經(jīng)驗開發(fā)的應(yīng)用軟件，可以用于Cadence、MentorGraphics、Zuken和Altium等公司的設(shè)計工具中的各種PCB設(shè)計流程，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)品實際設(shè)計結(jié)果驗證，每個檢查規(guī)則的設(shè)置值是經(jīng)過實際驗證的最佳理論值。 1．EMIStream分析流程 圖2是使用EMIStream對電路板進(jìn)行分析的設(shè)計流程。EMIStream嵌入在PCB設(shè)計的全過程，在設(shè)計階段解決EMI問題有利于減少反復(fù)設(shè)計的次數(shù)。 圖2：使用EMIStream對電路板進(jìn)行分析的設(shè)計流程。 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)計數(shù)據(jù)，正確填寫電路中相關(guān)NET的頻率、串?dāng)_組、差分對、電源地信號的設(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)，同時選擇長度檢查和最大輻射值檢查項目對該板實施檢查。 檢查結(jié)果以對話框的形式顯示出來，用戶點擊錯誤提示，查看有問題的NET，然后采用下面兩個方法來消除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，比如時鐘、數(shù)據(jù)、地址線、差分對等，同時可以任意選擇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個規(guī)則、電流回路分析用的3個規(guī)則、電源和地層分析的2個規(guī)則、信號完整性分析的4個規(guī)則、元件布局分析的2個規(guī)則。 C:檢查結(jié)果以對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。打開每一條出錯網(wǎng)絡(luò)，將列出全部EMI出錯信息(錯誤列表)，有的出錯信息還會顯示修改提示，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，該網(wǎng)絡(luò)在PCB版圖上將高亮度顯示，所有錯誤用紅圈在網(wǎng)絡(luò)上標(biāo)出(圖3)。 圖3：檢查結(jié)果以對話框的方式顯示出來，出錯網(wǎng)絡(luò)在PCB版圖上將高亮度顯示，所有錯誤用紅圈在網(wǎng)絡(luò)上標(biāo)出。 D：然后，顯示發(fā)現(xiàn)的銅箔錯誤，比如GND銅箔邊緣缺少過孔、過孔間距過大等。 E：串?dāng)_檢查幫助檢查同一層并行走的部分或相鄰層交叉的布線是否有串?dāng)_。建議修改并行太長的走線。 4．電源地平面諧振分析 在完成了對網(wǎng)絡(luò)的檢查并做了相應(yīng)的修改，接下來針對電源地平面進(jìn)行諧振分析。EMIStream通過模擬板的形狀和電源、地平面之間形成的電容進(jìn)行建模,并運用SPICE電路仿真進(jìn)行解析。用紅色表示大的電壓波動,藍(lán)色表示小的電壓波動。 首先對3V3的電源層面進(jìn)行分析，鼠標(biāo)點擊選擇3V3電源平面，填寫和3V3電源平面最近的GND平面的間距，介質(zhì)常數(shù)信息。修改Option選項中的計算網(wǎng)格大小為3毫米，設(shè)置掃描頻率從30MHz到2GHz,步長為10MHz。點擊RUN開始分析，結(jié)果如圖4所示。 圖4：電源地平面諧振分析顯示結(jié)果。 對于電源/地平面諧振問題，可以通過在電壓波動相對較大的地方增加退耦電容來減少諧振。EMIStream系統(tǒng)自帶了常用電容的RLC模型，如果需要特別的RLC電容模型，用戶可以自由添加。我們在幾個紅色地方添加C104的電容。需要注意一點的是，采用電容串聯(lián)電阻的效果可能更好一些。再使用相同的設(shè)置，重新進(jìn)行分析，結(jié)果見圖5右圖。此時的分析結(jié)果得到明顯改善，剛才紅色的區(qū)域都變成藍(lán)綠色，從2G以下的最大諧振值都降到-5dB以下,滿足了系統(tǒng)的設(shè)計要求。 本文小結(jié) PCB設(shè)計的EMI問題是一個非常復(fù)雜的問題，需要用各種方法來綜合處理，通過該案例分析，可以發(fā)現(xiàn)：(1)聯(lián)合使用EMIStream工具和PCB設(shè)計工具，可以大大提高設(shè)計效率；(2)可在PCB設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)并解決EMI問題，減少反復(fù)修改的次數(shù)，節(jié)約成本；(3)與通常的SI分析工具相比，不需要IBIS模型，不是對一個網(wǎng)絡(luò)而是對全部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，很快(一分鐘)可出結(jié)果；(4)可以立竿見影的幫助PCB工程師，幫助改進(jìn)布局布線策略，減小電路板的EMI干擾的發(fā)射；(5)有效地提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，加快產(chǎn)品上市時間。 |
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| fafa |
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| bu cuo ! |
| 真的很復(fù)雜也許是繁雜吧 |
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| 這些工具要錢的，估計還不便宜 |
