隨著電子系統的復雜度越來越高,EMC問題也越來越多。為了使自己的產品能達到相關國際標準,設計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室,反復地測試、修改設計、再測試。這樣既浪費了人力,物力,也拖延了產品的上市時間,給企業(yè)帶來不可估量的損失。于是,如何在產品設計的階段就及時發(fā)現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。
隨著電子系統的復雜度越來越高,EMI問題也越來越多。為了使自己的產品能達到相關國際標準,設計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室,反復地測試、修改設計、再測試。這樣既浪費了人力,物力,也拖延了產品的上市時間,給企業(yè)帶來不可估量的損失。于是,如何在產品設計的階段就及時發(fā)現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)分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號,通過導電介質或公共電源線互相干擾。輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號,通過空間耦合傳給另一個電路網絡或電子設備,
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。當器件輸出的電流流入一個負載時,就會產生差模EMI。當電流流經多個導電平面,如PCB上的導線組或電纜,就會產生共模EMI。圖1給出了差模EMI和共模EMI的示意圖。
差模EMI的計算采用如下公式:
其中,Ip表示電流強度,f表示共模電流的頻率,Ls表示環(huán)路面積,d表示測量天線到電纜的距離。
共差摸輻射的計算采用如下公式:
#p#分頁標題#e#
其中,I表示電流強度,f表示共模電流的頻率,L表示電纜線長度,d表示測量天線到電纜的距離。
解決EMI的主要方法是減少電路板上由各種原因產生的輻射能量,而控制EMI的關鍵,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問題進行分析。EMIStream工具的兩大主要功能是支持PCB板全部網絡的EMI分析以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設計經驗開發(fā)的應用軟件,可以用于Cadence、Mentor Graphics、Zuken和Altium等公司的設計工具中的各種PCB設計流程,在PCB制造之前解決EMI問題。EMIStream軟件內建13條經典EMI檢查規(guī)則,均經過日本NEC內部產品實際設計結果驗證,每個檢查規(guī)則的設置值是經過實際驗證的最佳理論值。
1.EMIStream分析流程
圖2是使用EMIStream對電路板進行分析的設計流程。EMIStream嵌入在PCB設計的全過程,在設計階段解決EMI問題有利于減少反復設計的次數。
圖2:使用EMIStream對電路板進行分析的設計流程。
2.布局的EMI檢查
A)當完成布局后,把Allegro數據直接導入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB設計工具也都有接口,保證數據的完全導入。
B)設定層疊信息,根據PCB板的層疊信息,填寫入EMI。
C)根據電路的設計數據,正確填寫電路中相關NET的頻率、串擾組、差分對、電源地信號的設置。
D)設置規(guī)則的參數,我們選擇采用默認參數,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)調整零件的布局位置,減少NET總的長度;(2)調整網絡的拓撲結構,減少共模輻射的強度。
3、布局布線中和完成以后的EMI檢查:
A:當布局布線完成后,實施整板網絡檢查,通過NET Parameter選擇需要檢測的所有關鍵信號,比如時鐘、數據、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。
B:13規(guī)則包括傳導輻射分析用的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:檢查結果以對話框的方式顯示出來,按照網絡的EMI問題的嚴重程度從上到下逐一列出。打開每一條出錯網絡,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,最后列出該網絡的最大輻射值以及差模輻射共模輻射值;同時,該網絡在PCB版圖上將高亮度顯示,所有錯誤用紅圈在網絡上標出(圖3)。
圖3:檢查結果以對話框的方式顯示出來,出錯網絡在PCB版圖上將高亮度顯示,所有錯誤用紅圈在網絡上標出。
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