降低EMI的高速PCB設計注意事項的一些建議

　　本文檔是根據(jù)對高速信號和電源開關的電磁干擾的實際觀察編寫的，電磁干擾可能導致過程失敗。產(chǎn)品中使用的組件的布局和原理圖設計建議可能在數(shù)據(jù)表中提供，但實際觀察和解決方案可能會有所不同。

　　本文檔介紹高速信號，如 HDMI、MIPI CSI、MIPI DSI 和以太網(wǎng)。頻率范圍高于9 kHz的輻射應在標準的設定范圍內(nèi)。來自器件的輻射通常是PCB上高頻時鐘的多個諧波。與差分時鐘相比，單端時鐘輻射更多，因為單端信號的電壓電平和功率更高。強烈建議在任何高速單端時鐘的源端使用0歐姆串聯(lián)電阻器。

　　在期間，增加串聯(lián)電阻值有助于控制時鐘中存在的過沖和下沖，這是輻射的主要原因。增加串聯(lián)電阻器的值有助于減少過沖和下沖。串聯(lián)端接電阻的值可以通過接收器的建立和保持時間違規(guī)來確定。還建議盡可能不要使用重復的頻率。

　　例如，如果將兩個開關穩(wěn)壓器部件用作電源穩(wěn)壓器，則請確保兩個開關頻率都不在相同的開關頻率下工作，因為輻射總和會超過禁止的輻射限值。時鐘信號的長度越長，輻射功率就越大。例如，較長的HDMI電纜將充當天線，因此在這種情況下HDMI接口的輻射會更高。

　　布局在輻射中起著重要作用。確保時鐘信號的設計符合特性阻抗要求和圍繞時鐘走線提供的連續(xù)接地，以避免阻抗不匹配。非常準確地遵循芯片制造商的布局指南，并確保制造商從輻射角度審查該特定部分的原理圖和布局。芯片制造商可能會根據(jù)他們在與芯片相關的失敗方面的經(jīng)驗，對新設計提出一些建議。

　　1. HDMI（高清多媒體接口）

　　HDMI接口引起的EMI故障在嵌入式產(chǎn)品中常見。HDMI輻射出現(xiàn)在基波上，通常高達148.5MHz、297MHz、445.5MHz、594MHz、742.5MHz和891MHz的次諧波。

　　輻射源可能來自HDMI電纜，PCB設計或顯示器本身（如果未經(jīng)過）。共模扼流圈和端接電阻/電容器應有助于消除PCB上的輻射，但HDMI電纜選擇時會發(fā)生常見錯誤。來自不同制造商的不同電纜提供不同的發(fā)射水平，即使它們是屏蔽的。因此，從 Molex 或 TE 等值得信賴的供應商處選擇電纜非常重要。當然，所選電纜應屏蔽并內(nèi)置鐵氧體磁芯。建議攜帶3-4根不同的電纜（來自不同的品牌）進行預掃描，以驗證每根電纜的性能。

　　以下技術可以幫助減少HDMI信號的輻射：

　　- 共模扼流圈應選擇截止頻率比基頻高5-6倍的共模扼流圈。在148.5MHz的情況下，超過1GHz的截止頻率應該是理想的。

　　- 從一層傳遞到另一層的差分信號應確保接地通孔與信號相鄰，以降低環(huán)路電感。

　　- 在HDI PCB的情況下，接地通孔應作為信號向下傳輸，以短路徑回流到源。

　　- 金屬外殼應利用良好的接地方案，使用屏蔽連接器將電纜屏蔽層與外殼適當端接，以減少干擾。

　　- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用旁路電容器。

　　- 其他一般準則，如長度匹配（10mil 對內(nèi)和 100mil 對間）、阻抗匹配（100 歐姆）、固體參考平面、微帶布線、較少的過孔數(shù)量、45 度彎曲是遵循的實踐。

　　2. MIPI DSI 和 CSI（移動行業(yè)處理器接口）

　　MIPI信號（CSI/DSI）專為移動行業(yè)設計，因此它們是非常低功率的差分信號，并且不太可能輻射。MIPI信號時鐘因分辨率參數(shù)而異。

　　在攜帶MIPI信號的FPC電纜上可能會輻射。在定制電纜的情況下，我們在兩側添加屏蔽或接地可以立即提供幫助，但它可能會影響電纜的靈活性。方法是使用直接圖層上的陰影線地面作為參考地面。具有更高帶寬的離路共模扼流圈將有助于消除PCB的共模噪聲。MIPI信號的數(shù)據(jù)速率對于D-PHY為80Mbps-2.5Gbps，對于C-PHY的數(shù)據(jù)速率為183Mbps-5.7Gbps。因此，提供瓜爾環(huán)和至少 40 密耳與其他信號的隔離非常重要。

　　以下技術可以幫助減少MIPI信號的輻射：

　　- 為D-PHY選擇截止頻率超過2GHz的共模扼流圈。C-PHY 可以使用特殊濾波器來傳遞三重信號。

　　- 從一層傳遞到另一層的差分信號應確保接地通孔與信號相鄰，以降低環(huán)路電感。

　　- 在HDI PCB的情況下，接地通孔應作為信號向下傳輸，以短路徑回流到源。

　　- 如果FPC上有EMI薄膜，請確保薄膜的末端連接到FPC上的曝光信號接地。

　　- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用旁路電容器。

　　- 其他一般準則，如長度匹配（25密耳對內(nèi)和55密耳對間），阻抗匹配（少數(shù)情況下為100歐姆/ 85歐姆），固體參考平面，微帶布線，較少的過孔數(shù)量，45度彎曲是遵循的實踐。

　　3. 以太網(wǎng)

　　以太網(wǎng)信號上的輻射與雙絞線電纜的長度成正比。電纜上的屏蔽 CAT5 電纜和鐵氧體磁芯將有助于減少干擾。

　　當電纜上的共模噪聲通過機箱接地返回噪聲時，差分MDI信號會輻射。

　　來自單端MII和電源部分的噪聲可以通過機箱接地耦合到雙絞電纜，從而產(chǎn)生不必要的輻射。

　　以下技術可以幫助減少以太網(wǎng)信號的輻射：

　　- 以太網(wǎng)電纜上的鐵氧體磁芯可以降低EMI。在過程中保留不同類型的 CAT5 電纜。

　　- MDI 信號應與 MII 信號很好地隔離（至少相距 40 密耳）。

　　- 保持單端MII信號的長度。

　　- 在所有層中，應保持磁性元件下方的空隙。

　　- 從一層傳遞到另一層的MDI和MII信號應確保接地通孔位于信號附近，以降低環(huán)路電感。

　　- 在HDI PCB的情況下，接地通孔應作為信號向下傳輸，以短路徑回流到源。

　　- 金屬外殼應利用良好的接地方案，電纜屏蔽層使用屏蔽 RJ 45 連接器與外殼適當端接，以減少干擾。

　　- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用旁路電容器。

　　- 其他一般準則，如長度匹配（10mil 對內(nèi)和 100mil 對間）、阻抗匹配（100 歐姆）、固體參考平面、微帶布線、較少的過孔數(shù)量、45 度彎曲是遵循的實踐。

　　4. 直流-直流電源發(fā)電

　　對于高速PCB設計，嘈雜的電源是EMI-EMC輻射的主要貢獻者之一。穩(wěn)定且噪聲較小的電源肯定有助于降低EMI。

　　用于高速接口的處理器、內(nèi)存和橋接芯片在非常低的電壓下工作。在設計中選擇 DC-DC 開關穩(wěn)壓器以獲得高輸出電流和效率。但開關頻率、這些開關產(chǎn)生的紋波（過沖和下沖）噪聲也會造成輻射。地面中噪聲信號的耦合會增加輻射，因為地面將與電纜一起移動，電纜可以充當高頻噪聲的天線。

　　如果系統(tǒng)實際功耗較高（》10W），并且產(chǎn)品中涉及較長的電纜，則建議在輸入直流電源上使用共模扼流圈和LC濾波。在線計算器可用于計算需要衰減輻射功率的特定頻率的L和C值。電感值越高，則空間內(nèi)沒有約束。

　　一般來說，在開關頻率的過沖和下沖處觀察到的高頻（振鈴）更有可能輻射。

　　緩沖器調諧將有助于減少這種過沖和下沖功率。使用較大的封裝或高額定功率電阻器，因為高頻噪聲將被旁路，較小的封裝可能會增加PCB的溫度。緩沖電路應安裝在電感器的開關節(jié)點上。

　　高速PCB設計要記住的要點

　　·表面貼裝部分應優(yōu)先于通孔部分。電容器等通孔部件在80MHz以上會變得更感性，這可能會導致更高頻率的輻射/分選問題。

　　·保持高速信號走線盡可能小，并盡可能提供接地以減少環(huán)路電感。

　　·盡量避免堆疊相鄰的信號層，或使用正交布線來減少電容耦合。

　　·將去耦電容放置在非常靠近IC引腳的位置。這將有助于更快地在電源和接地之間切換。

　　·對信號使用星形路由，對電源使用單點路由。

　　·在電源輸出上使用鐵氧體磁珠。在鐵氧體磁珠周圍放置電容器將充當高頻噪聲的低通濾波器。

　　·在每個時鐘輸出端保持 0E 系列端接電阻器，該輸出為 》1MHz。這將有助于在出現(xiàn)干擾問題時進行調整。

　　·對于晶體，根據(jù)數(shù)據(jù)表選擇考慮負載和雜散電容的并聯(lián)電容器。它們是輻射的基本來源，因此請遵循IC建議進行晶體布線。此外，盡量將晶體/振蕩器保持在PCB的中心，而不是邊緣。

　　·PCB邊緣的走線不應以90度角布線。

　　·保留射頻部分的屏蔽配置。這是FCC（模塊化）的強制性要求。

　　·高頻方波由多個高頻正弦波組成。因此，請確保這種類型的關鍵信號周圍應有適當?shù)慕拥亍?/p>

　　·確保對于連續(xù)接地層，過孔不應使島與非常薄的銅區(qū)域連接。這可以增加信號的接地返回路徑。

　　·FR4 材料具有 《5Gbps 時鐘速度和低成本。對于高于5Gbps，請使用其他材料，如Nelco，Megatron，Rogers。

　　·保持高速信號中其他信號的》3W間距

　　·與接地層相比，電源層應位于PCB邊緣內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗法則，是 20H。（H=層間介電厚度）

　　總結

　　本文檔基于對高速PCB設計中EMI降低的實際觀察。EMI預防措施對非常有幫助。高速接口的輻射因設計而異，因此建議在設計中使用有助于在過程中進行調整的規(guī)定。

　　本文檔介紹了PCB上常用的高速信號的注意事項。 幾乎所有產(chǎn)品都觀察到HDMI接口引起的EMI問題。串聯(lián)、并聯(lián)端接、扼流圈對減少輻射沒有多大幫助。HDMI電纜和HDMI顯示器的變化會改變輻射功率。長電纜將充當高速接口的天線，因此如果產(chǎn)品連接了多根長電纜（例如，汽車產(chǎn)品），則需要采取許多預防措施。