摘要：電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）測試是汽車應(yīng)用領(lǐng)域中串行器/解串器（SerDes）設(shè)計必須驗證的參數(shù),，需要在設(shè)計之初謹(jǐn)慎考慮EMI和EMC問題,，避免不必要的設(shè)計修改,。以下應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了如何在SerDes系統(tǒng)中測試EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" 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title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC" title="EMI/EMC">EMI/EMC的基本概念和技術(shù)指南。

　　引言

　　LCD視頻顯示屏在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍,，堅固的設(shè)計,、小巧的尺寸及低廉的成本使其非常適合安全、導(dǎo)航及信息娛樂系統(tǒng),。LCD顯示屏是數(shù)字裝置,，每個像素為離散的數(shù)字值。由于驅(qū)動這些顯示屏的媒體/圖像信號源通常也為數(shù)字格式,，因此,，數(shù)字鏈路是連接視頻信號源和顯示屏最簡單、性能最高的方式,。視頻鏈路的數(shù)字通道必須具有足夠的帶寬,，例如640 x 480像素的彩色顯示屏工作于30fps （幀/秒）。如果每個像素的紅,、綠,、藍(lán)信號僅有6位分辨率，對應(yīng)的數(shù)據(jù)率則為640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps,。實際傳輸速率必須略高一些,，因為正常工作需要消隱時間。許多顯示屏具有更多像素和/或更高的像素分辨率,，從而使碼率大大提升,。串行器/解串器（SerDes）器件接收并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),，然后對其進(jìn)行串行轉(zhuǎn)換，以便傳輸,。有些器件,，例如MAX9209串行器，保持紅,、綠和藍(lán)數(shù)據(jù)通道分離,，三原色中的每種顏色為一個獨(dú)立的串行通道，另外還提供時鐘第4個通道,。其它器件,，例如MAX9247串行器，則將這些數(shù)據(jù)組合為單個串行通道,，采用嵌入式時鐘信號,。這兩種方法都會明顯提高傳輸基頻。盡管頻率增大會產(chǎn)生問題,，但是為串行轉(zhuǎn)換后的信號提供具有適當(dāng)屏蔽和阻抗匹配的傳輸介質(zhì)相對比較容易,。

　　EMI測試

　　汽車應(yīng)用中必須進(jìn)行EMI測試，確保處于工作狀態(tài)的系統(tǒng)不會干擾到周圍其他系統(tǒng),。針對空間輻射和傳導(dǎo)干擾進(jìn)行測試,。空間輻射的測試主要使用天線,，檢測系統(tǒng)通過自由空間向其他系統(tǒng)輻射的能力,。設(shè)計不合理的SerDes系統(tǒng)無法滿足EMI技術(shù)指標(biāo)。相比之下,，傳導(dǎo)干擾測試主要采用系統(tǒng)電源線上的電壓和電流探頭完成,。由于SerDes系統(tǒng)很少直接連接到電源線，所以很少考慮傳導(dǎo)干擾,。

　　EMC測試

　　與EMI測試類似,，汽車應(yīng)用領(lǐng)域通過EMC測試確保系統(tǒng)不會被周圍其他系統(tǒng)干擾。由于新型汽車車體內(nèi)部存在大量電子系統(tǒng),，所有這些系統(tǒng)都存在電流,、電阻并且工作頻率占據(jù)很寬的頻譜，因此很有必要進(jìn)行這項測試,。EMC測試采用大電流注入（BCI）,，對被測系統(tǒng)來說是個難題。盡管BCI測試規(guī)范和方法依汽車廠商的不同而異,，但通常涉及到頻率從幾MHz到1GHz較強(qiáng)的外部電磁場,。

　　像素時鐘頻率選擇

　　正確選擇像素時鐘對EMI具有明顯影響，SerDes視頻鏈路類似于其它高速數(shù)字器件,，會產(chǎn)生時鐘頻率整數(shù)倍的諧波輻射,，由此檢測其EMI,。汽車應(yīng)用領(lǐng)域，EMI輻射限制隨頻率變化,。許多汽車制造商都在特定頻帶內(nèi)規(guī)定了相當(dāng)嚴(yán)格的限制。例如,，433MHz是用于無線門禁（RKE）的頻率,，往往是EMI規(guī)范中最嚴(yán)格的頻段。對于像素時鐘頻率為33MHz的系統(tǒng),，其13次諧波位于429MHz,，這會嚴(yán)重干擾433MHz RKE頻帶。選擇稍低的32.7MHz頻率,，可以將13次諧波移到425MHz,，形成更寬松的頻率裕量。

　　SerDes PCB EMI/EMC測試的通用特點

　　●良好的接地對所有IC都是非常重要的設(shè)計準(zhǔn)則,，對于SerDes系統(tǒng)尤其重要,。所有接地引腳必須具有低阻，并連接到穩(wěn)定的接地區(qū)域,。不建議將PCB分為多個區(qū)域,。PCB元件層的覆銅區(qū)域，以及緊鄰下方采用連續(xù)覆銅區(qū),，這些都是常規(guī)準(zhǔn)則,。使最上層的覆銅遠(yuǎn)離阻抗匹配地走線，最好保留至少3倍于差分對布線的間距,。

　　●考慮每個接地點都采用了多個過孔,，過孔的寄生電感是造成非理想特性的關(guān)鍵。采用多個過孔有助于減小電感,，從而提高性能,。

　　●對IC的電源端進(jìn)行旁路非常重要，特別是對于SerDes系統(tǒng),。類似于接地的考慮,，電源引腳從電源側(cè)看必須具有低交流阻抗，尤其是低壓差分信號（LVDS）線路,、I/O電源引腳以及用于鎖相環(huán)（PLL）電路的電源引腳,。建議每個引腳連接兩個旁路電容，這兩個電容通常相差10倍至100倍（例如0.1?F和1nF）,。最小電容應(yīng)距離需要去耦/旁路的電源引腳最近,。

　　●可以考慮在SerDes系統(tǒng)的電源引腳使用磁珠，特別是LVDS線路,、I/O電源引腳和PLL電源引腳,，當(dāng)然,，這一點適用于所有電源引腳。磁珠有助于減小高頻能量的輸入和輸出,，選擇峰值阻抗為100Ω至600Ω,、額定值至少為100mA的磁珠。

　　圖1所示為MAX9247串行器PCB的放大圖片,，關(guān)鍵元件有FB4,、C6和C5，這些元件被布置在一列,，絲印參考點位于各自元件外框的右側(cè),。圖1底部為MAX9247的一角。FB4的右側(cè)端子通過一個過孔連接到嵌入式接地區(qū)域,。FB4的左側(cè)端子向下連接至C6和C5,，然后連接至MAX9247的引腳27，這是串行器的V*LL電源節(jié)點,。注意,，連接FB4、C5和C6的引線較寬,，使寄生電感降至最低,。由于該引線為了滿足MAX9247的引腳焊距而變窄，所以在C5和MAX9247之間使用了一個多邊形覆銅,，保持盡量寬的引線,，同時盡量靠近串行器。而且,，C5和C6的接地顯示每個電容自身都具有連接至接地區(qū)域的過孔（每個元件的右側(cè)）,。最上層覆銅區(qū)域為接地層，為C6和C5至MAX9247的引腳26提供直接的低電感連接通路,，該引腳為串行器的PLLGND,。

圖1. MAX9247的推薦旁路和接地設(shè)計

　　關(guān)于串行器的建議

　　抑制串行器的EMI輻射需要了解一些基本概念。通常情況下,，串行器對EMC測試不是特別敏感,；然而，其輸出需要具有阻抗固定的平衡傳輸線對,。大多數(shù)串行器IC針對100Ω阻抗進(jìn)行優(yōu)化,。如果設(shè)計中有不可更改的設(shè)計因素，接近該范圍的其它阻值也可以接受,。如果串行器輸出需要連接到機(jī)箱以外,，并入汽車線束，這些輸出就必須能夠承受對電池短路故障。最簡單的解決方案是采用0.1?F電容對每路輸出進(jìn)行交流耦合,。然而,，這樣需要一個直流平衡串行器，例如MAX9209,、MAX9217或MAX9247,。也可以使用非直流平衡器件，但系統(tǒng)設(shè)計必須保證所需偏壓由外部提供,，而這通常不可行,。最后，在串行器輸出接出PCB之前,，輸出端往往連接一個共模扼流圈。這對串行器套件之外的共模噪聲抑制有一定保護(hù)作用,。當(dāng)然,，共模扼流圈的作用很有限，當(dāng)插入損耗（標(biāo)稱為1dB）影響到鏈路的可靠性時,，則不應(yīng)使用,。

　　關(guān)于解串器的建議

　　類似于串行器，設(shè)計工程師也需要遵循一些基本的概念和原則抑制解串器的EMI輻射,。為避免解串器受EMC干擾,，需要掌握一些基本要素，因為解串器易受EMC影響,，同時也產(chǎn)生EMI輻射,。

　　在解串器輸入端，靠近差分信號接入PCB的位置,，往往放置共模扼流圈,。共模扼流圈有助于減小共模噪聲的拾取，共模扼流圈在系統(tǒng)選定的工作頻率下必須具有較低的差分插入損耗,。解串器輸入需要具有阻抗固定的平衡傳輸線對,。大多數(shù)解串器針對100Ω阻抗進(jìn)行優(yōu)化，如果設(shè)計中存在不可更改因素,，接近該范圍的其它阻值也可以接受,。

　　如果解串器輸入需要交流耦合，可在共模扼流圈之后進(jìn)行隔直流,。同樣,，這些電容只能用于直流平衡解串器，例如MAX9236和MAX9248,。差分對需要短接到100Ω差分阻抗,，盡量靠近接收器側(cè)IC放置。差分阻抗保持在100Ω時,，必須保持很低的共模阻抗,?？梢允褂肨hevenin端接系統(tǒng)，或者將與中間節(jié)點串聯(lián)的一對50Ω電阻旁路至地,，兩種連接方法如圖2所示,。對于EMI/EMC測試來說，最好采用一對50Ω電阻,，因為：

　　●它允許IC設(shè)置自身的直流偏置,；

　　●它不向終端注入VCC噪聲；

　　●它不消耗功率,。

圖2. 正確的LVDS端接方法（左：Thevenin配置；右：串聯(lián)50Ω電阻配置）

　　連接器和線束

　　SerDes系統(tǒng)中使用的連接器和電纜是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,，對EMI和EMC測試的影響非常顯著,。汽車應(yīng)用領(lǐng)域的普遍做法是：規(guī)定鏈路兩端的PCB插座和電纜連接器由同一制造商提供。連接器必須保持固定阻抗,，并提供屏蔽接口,，以優(yōu)化性能。此外,，必須使用單極插入或正極性鎖連接器,，確保可靠性,。

　　電纜也必須具有固定阻抗,，線束要求嚴(yán)格屏蔽以防輻射。如果使用多線對電纜,，每對電纜都需要單獨(dú)屏蔽,。對于汽車SerDes，一般CAT5電纜即可滿需要求,。

　　有許多制造商提供連接器和電纜系統(tǒng),，建議使用Rosenberger、JAE或Hirose產(chǎn)品,。

　　有些系統(tǒng)中,，連接器的屏蔽僅在鏈路一端接地，另一端則通過電容（典型為0.1?F）接地,。這種耦合有助于避免地電位在電纜屏蔽層產(chǎn)生直流電流,。

　　其它EMI源

　　SerDes視頻鏈路的另一個EMI源為解串器輸出。這些輸出為CMOS邏輯電平,，相對為高速沿,。如果CMOS邏輯輸出屏蔽不當(dāng)，也會引起EMI輻射。減小來自于LCD面板邏輯信號的最好辦法是采用具有擴(kuò)頻技術(shù)的解串器,，例如MAX9242,、MAX9244、MAX9246,、MAX9248或MAX9250,。這些解串器提供各種工作模式、數(shù)據(jù)寬度和工作頻率,，以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求,。