【導讀】電磁環境包含輻射和傳導能量。EMC也(ye)包(bao)含(han)輻(fu)射(she)和(he)敏(min)感(gan)度(du)兩(liang)方(fang)麵(mian)。輻(fu)射(she)是(shi)指(zhi)產(chan)品(pin)不(bu)必(bi)要(yao)地(di)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)。為(wei)了(le)打(da)造(zao)一(yi)種(zhong)具(ju)備(bei)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)環(huan)境(jing)，通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)輻(fu)射(she)。敏(min)感(gan)度(du)是(shi)一(yi)種(zhong)用(yong)於(yu)衡(heng)量(liang)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)容(rong)忍(ren)其(qi)他(ta)電(dian)磁(ci)產(chan)品(pin)的(de)輻(fu)射(she)，或(huo)傳(chuan)導(dao)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)影(ying)響(xiang)或(huo)其(qi)他(ta)電(dian)磁(ci)影(ying)響(xiang)的(de)能(neng)力(li)指(zhi)標(biao)。抗(kang)擾(rao)度(du)與(yu)敏(min)感(gan)度(du)相(xiang)反(fan)。敏(min)感(gan)度(du)高(gao)的(de)設(she)備(bei)抗(kang)擾(rao)度(du)低(di)。常(chang)見(jian)的(de)EMC問題包括：電磁輻射發射超出標準要求
；ESD靜電放電問題產生的失效現象如係統死機

、係統複位

、顯示麵板出現錯誤；產品的輻射抗擾度問題導致某些頻率上產品的信號輸出變化巨大

，通信出現錯誤
，或係統複機
、死機。

電磁輻射幹擾問題

無線通信非常複雜
，要分基帶和射頻，在數字電子線路設計中，多數工程師常常對電磁兼容性（EMC）的問題感到困擾。

EMC是指電子係統在目標電磁環境下保持良好性能且不會向該環境中引入大量電磁幹擾的能力。

電磁環境包含輻射和傳導能量。EMC也(ye)包(bao)含(han)輻(fu)射(she)和(he)敏(min)感(gan)度(du)兩(liang)方(fang)麵(mian)。輻(fu)射(she)是(shi)指(zhi)產(chan)品(pin)不(bu)必(bi)要(yao)地(di)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)。為(wei)了(le)打(da)造(zao)一(yi)種(zhong)具(ju)備(bei)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)的(de)環(huan)境(jing)，通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)輻(fu)射(she)。敏(min)感(gan)度(du)是(shi)一(yi)種(zhong)用(yong)於(yu)衡(heng)量(liang)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)容(rong)忍(ren)其(qi)他(ta)電(dian)磁(ci)產(chan)品(pin)的(de)輻(fu)射(she)，或(huo)傳(chuan)導(dao)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)影(ying)響(xiang)或(huo)其(qi)他(ta)電(dian)磁(ci)影(ying)響(xiang)的(de)能(neng)力(li)指(zhi)標(biao)。抗(kang)擾(rao)度(du)與(yu)敏(min)感(gan)度(du)相(xiang)反(fan)。敏(min)感(gan)度(du)高(gao)的(de)設(she)備(bei)抗(kang)擾(rao)度(du)低(di)。常(chang)見(jian)的(de)EMC問題包括：電磁輻射發射超出標準要求
；ESD靜電放電問題產生的失效現象如係統死機、係統複位、顯示麵板出現錯誤；產品的輻射抗擾度問題導致某些頻率上產品的信號輸出變化巨大
，通信出現錯誤，或係統複機
、死機。針對EMC常見問題，Excelpoint世健的工程師Wolfe Yu提出了他的看法並給出了解決方案。

電磁輻射原理

shiyongbihedaoti，zaiqiliangduanjiazaishibiandianliu，jiuhuichanshengbodongdecichangheweiraotadedianchang。dangdianhejiasuyidongshi
，ruguotongshichuxianjinchangheyuanchang，jinchanggenzhedianhezuojiasuyundong，eryuanchangwufayudianheyidongtongbu

，jiuhuichuxianniujie（Kink）。電場扭結太大，就會脫離原來的場
，輻射出去。

圖1  電場扭結及輻射原理

通常來說，采用兩根平行線纜
，長度相對比波長短，所產生的電場為近場，我們通常稱為“差分信號”，這種線纜很難產生扭結（Kink）。如果線纜張開一定的角度，電磁場就會出現不協調，形成近場和遠場，產生扭結（Kink）
，形成天線，這也是無線通信中的天線原理。

圖2  遠場的形成原理

傳輸波形的諧波分量

在zai數shu字zi電dian路lu中zhong，大da部bu分fen基ji帶dai信xin號hao都dou類lei似si於yu方fang波bo
，這zhe些xie波bo形xing是shi無wu數shu依yi次ci遞di減jian的de諧xie波bo分fen量liang疊die加jia而er成cheng。電dian流liu的de諧xie波bo分fen量liang會hui產chan生sheng波bo動dong的de磁ci場chang
，這zhe些xie磁ci場chang會hui通tong過guo耦ou合he或huo者zhe輻fu射she的de方fang式shi往wang下xia傳chuan輸shu。

圖3  數字信號的諧波分量

PCB傳輸線路模型

在PBC Layout中zhong，大da部bu分fen工gong程cheng師shi喜xi歡huan把ba電dian源yuan線xian或huo者zhe信xin號hao線xian和he地di分fen開kai布bu，這zhe樣yang很hen危wei險xian

，因yin為wei一yi旦dan環huan路lu和he高gao頻pin信xin號hao的de波bo長chang接jie近jin，就jiu會hui形xing成cheng一yi個ge環huan形xing天tian線xian，高gao頻pin的de諧xie波bo頻pin率lv會hui通tong過guo電dian磁ci場chang耦ou合he進jin來lai，形xing成cheng共gong振zhen。

圖4  PCB布線中產生的環形天線

根(gen)據(ju)下(xia)麵(mian)兩(liang)種(zhong)布(bu)線(xian)，兩(liang)個(ge)導(dao)體(ti)會(hui)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)。按(an)照(zhao)電(dian)磁(ci)場(chang)輻(fu)射(she)原(yuan)理(li)
，左(zuo)邊(bian)布(bu)線(xian)，電(dian)子(zi)在(zai)高(gao)頻(pin)運(yun)動(dong)的(de)時(shi)候(hou)
，很(hen)容(rong)易(yi)形(xing)成(cheng)近(jin)場(chang)和(he)遠(yuan)場(chang)
，產(chan)生(sheng)扭(niu)結(jie)，發(fa)射(she)電(dian)磁(ci)波(bo)。同(tong)時(shi)也(ye)很(hen)容(rong)易(yi)接(jie)收(shou)外(wai)來(lai)電(dian)磁(ci)波(bo)。而(er)右(you)邊(bian)布(bu)線(xian)，電(dian)源(yuan)和(he)地(di)之(zhi)間(jian)
，回(hui)路(lu)足(zu)夠(gou)小(xiao)
，形(xing)成(cheng)閉(bi)合(he)回(hui)路(lu)

，電(dian)場(chang)輻(fu)射(she)就(jiu)非(fei)常(chang)微(wei)弱(ruo)

，很(hen)難(nan)產(chan)生(sheng)電(dian)場(chang)輻(fu)射(she)，也(ye)很(hen)難(nan)被(bei)其(qi)他(ta)電(dian)磁(ci)場(chang)幹(gan)擾(rao)。

圖5  電源和地的布局布線對比

大da部bu分fen信xin號hao，特te別bie是shi高gao速su信xin號hao，都dou會hui設she計ji成cheng差cha分fen電dian路lu。在zai差cha分fen電dian路lu中zhong，主zhu要yao分fen為wei直zhi流liu分fen量liang和he交jiao流liu分fen量liang
，直zhi流liu分fen量liang不bu會hui產chan生sheng交jiao變bian磁ci場chang
，交jiao流liu分fen量liang會hui產chan生sheng交jiao變bian磁ci場chang，產chan生sheng電dian磁ci幹gan擾rao。

圖6  差分電路模型

有(you)關(guan)差(cha)分(fen)電(dian)路(lu)的(de)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)問(wen)題(ti)
，其(qi)實(shi)就(jiu)是(shi)嚴(yan)格(ge)按(an)照(zhao)等(deng)長(chang)對(dui)稱(cheng)線(xian)來(lai)實(shi)現(xian)一(yi)個(ge)封(feng)閉(bi)電(dian)路(lu)，電(dian)磁(ci)場(chang)很(hen)難(nan)穿(chuan)透(tou)差(cha)分(fen)電(dian)路(lu)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)何(he)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)的(de)傳(chuan)輸(shu)特(te)性(xing)相(xiang)對(dui)比(bi)較(jiao)穩(wen)定(ding)。除(chu)了(le)需(xu)要(yao)對(dui)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)做(zuo)等(deng)分(fen)布(bu)線(xian)之(zhi)外(wai)
，工(gong)程(cheng)師(shi)還(hai)需(xu)要(yao)對(dui)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)做(zuo)電(dian)源(yuan)匹(pi)配(pei)和(he)包(bao)地(di)。

圖7  差分電路等長對稱原理

實際上，在電路結構中
，各個回路的電源和地才是整個電路中最大的差分對，大多時候，工程師們喜歡把電源布線，布成如圖8所示的結構，在早期的單麵板產品布局布線中，這算是最好的布線方法。

圖8  傳統單麵板布局布線圖

隨著通信速率要求的提高，圖8中這個布線結構就會形成天線效應，產生電磁波輻射。所以為了降低電磁幹擾，Wolfe Yu建議在布線時將電源和地盡量布在一起。

圖9  主芯片電源地布線建議

電流彙集模型

有關電流連續性的問題
，有一個比較形象的比喻：meikedianrongdoushiyigexushuichi，shangyoucunchudexushuiyaodayuxiayou
，caibuhuiyinweiduanliuzaochengheliuganku。dianyuangongdianyuanlixiangtong，shejibudang，jiuhuiyinfaqiangdianciganrao。

圖10  電流彙集模型之蓄水池理論

再來看看電源拓撲，DCDC電源大致分為三個環（一說四個環）
，高頻交流斬波環把兩個直流輸入環和輸出環分割開來
，交流環主要做高速PWM斬波，產生電磁切割，一旦布線不好，容易產生電磁輻射。

圖11  DCDC電源拓撲圖

為了設計方便，Wolfe建議在布局的時候

，把兩個直流環和交流環分開布局，方便在布線的時候分開布線。

圖12  DCDC電源布局布線建議

基於同軸線的全封閉電路

在傳輸線路中，工程師們很難保證電路能夠達到100%debihexiaoguo。weilefangzhizaichuanshuxianshangchanshengdiancifushe，yushitichuyizhongjiyutongzhouxiandechuanshufangshi。tongzhouxianchuanshujiushibadiancichangfengbizaineiwaidaotizhijian，fushesunhaoheshouwaijiesunhaodoufeichangxiao。

圖13  同軸線閉合電磁場

tongzhouxianchuanshujiejuelegaosuxinhaochuanshudediancifushedewenti。chulediancifushewenti，dianluchuanshuzhonghaihuimianlinlingwaiyigewenti。najiushi
，dangxinhaopinlvhengaodeshihou

，chulezuxingfuzai
，haiyourongxingfuzaiheganxingfuzaichanshengdefanshexinhao，fanshexinhaohuidiejiazaiyuanxinhaoshang，gaibianyuanxinhaodexingzhuang，zhebeichengwei“傳輸線損耗”。

圖14  傳輸線等效模型

圖14是(shi)一(yi)個(ge)傳(chuan)輸(shu)線(xian)等(deng)效(xiao)模(mo)型(xing)，除(chu)了(le)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)，還(hai)存(cun)在(zai)容(rong)性(xing)負(fu)載(zai)和(he)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)。根(gen)據(ju)理(li)論(lun)公(gong)式(shi)
，很(hen)容(rong)易(yi)計(ji)算(suan)出(chu)傳(chuan)輸(shu)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)值(zhi)。為(wei)了(le)抵(di)消(xiao)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)路(lu)源(yuan)端(duan)和(he)負(fu)載(zai)之(zhi)間(jian)插(cha)入(ru)無(wu)源(yuan)網(wang)絡(luo)，使(shi)負(fu)載(zai)阻(zu)抗(kang)和(he)源(yuan)阻(zu)抗(kang)共(gong)軛(e)匹(pi)配(pei)，這(zhe)就(jiu)是(shi)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)。

圖15  阻抗匹配原理

Microchip基於CoaXpress®一攬子解決方案

Excelpoint世健代理的Microchip推出一種基於CoaXpress®的視頻傳輸方案就是基於同軸線的全封閉電路傳輸方案。

EQCO125T40集成均衡器

、CDR和電纜驅動，可以實現在一根電纜或PCB跟蹤對上發送/接收信號，在1.25 Gbps/12.5 Gbps 8b/10b編碼下行傳輸，以及20.833 Mbps/41.666 Mbps 8b/10b編碼的上行傳輸，傳輸距離最遠可以達到40m。

同軸電纜固有地被其外部導體屏蔽，從而使其對許多操作環境中存在的外部電磁幹擾（EMI）高度耐受，特別是在嘈雜的工廠環境中。這使CoaXpress可以應用於各種複雜的工業環境，是高清攝像頭鏡頭傳輸的不二方案。

圖16 基於CoaXpress®的視頻傳輸方案

這顆芯片搭載在基於Microchip PolarFire®視頻平台上，客戶可以利用Microchip提供的免費IP包輕鬆完成產品開發，縮短開發流程。

圖17  Microchip PolarFire®視頻平台

圖18  MIC28517評估板

同時，Excelpoint世健為客戶提供相關參考設計以及技術指導，針對國內客戶在進行DCDC設計以及布局布線時容易出現的一係列技術瓶頸
，推出一係列PCB布線指導，同時也提供PCB設計文件讓客戶方便導入，幫助客戶輕鬆進行電子線路設計布局。

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