用最佳終端匹配策略降低電磁輻射的干擾

　　為使產(chǎn)品達到EMI輻射標準，往往需要給系統增添一些復雜的濾波器、屏蔽密封材料和其他一些昂貴的元器件。由于電磁相互作用的本質(zhì)相當復雜，因而確定EMI輻射究竟是從什么地方泄漏出去的非常困難，所以降低EMI輻射常常被認為是“魔術(shù)”，因此我們常盲目地使用一些單憑經(jīng)驗的解決辦法。然而那些單憑經(jīng)驗的解決辦法是根據以前的技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，不一定適用于當今的設計實(shí)踐。不添加任何元器件往往不可能降低系統的輻射干擾，但如果仔細分析系統內部某些值得注意的信號，就可以減少需要添加的元器件，從而降低系統的制造成本。

　　共模電流和EMI輻射
　　EMI輻射主要由共模電流引起。所謂共模電流主要是指那些在意料不到的地點(diǎn)所出現的電流。共模電流與附近的輸入/輸出電纜或其他沒(méi)有很好屏蔽的導體耦合，從而引起了輻射。共模電流常由各種不同的設計缺陷而造成。PC線(xiàn)路板上的走線(xiàn)路徑（trace）是為了讓所有返回的電流通過(guò)線(xiàn)路板的參考平面（通常是電源平面或者地平面）中的走線(xiàn)路徑直接返回。 然而并非所有的返回電流都能夠直接經(jīng)過(guò)信號走線(xiàn)返回。因為試圖找到電感最小的返回路徑，返回的電流會(huì )蔓延到整個(gè)平面上。大部分返回電流將經(jīng)過(guò)設計的走線(xiàn)返回，但并非全部電流都會(huì )通過(guò)規定的走線(xiàn)返回，從而導致部分電流在那些從未想到的不該出現的地方出現了。線(xiàn)路板的布局設計對高速信號來(lái)說(shuō)常常不是最佳的。例如高速時(shí)鐘的布線(xiàn)路徑越過(guò)線(xiàn)路板參考平面的斷面（如電源平面中的連接不同直流電源的供電線(xiàn)路部分）時(shí)，返回電流一定會(huì )找到某些其他的路徑流回電源。即使在越過(guò)電源平面的裂口處放上電容器，由于電容器、必要的通孔、襯墊等的附加電感，也會(huì )使返回電流中的高頻率成分不僅僅局限于信號布線(xiàn)的走線(xiàn)中。
　　另外一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是當高頻信號線(xiàn)路的布線(xiàn)經(jīng)過(guò)信號通孔連接到線(xiàn)路板的不同層面時(shí)發(fā)生的。此時(shí)返回電流一定會(huì )越過(guò)一個(gè)層面流到另外一個(gè)層面（可能通過(guò)電容耦合、附加電感、通孔等），電流返回電源的路徑常常出人意料。
　　雖然產(chǎn)生共模電流的原因多種多樣，并且很難預測，但是所有的共模電流都來(lái)自有意義的信號電流，這一點(diǎn)是100%正確的。這就是說(shuō)，在PC機的線(xiàn)路板上的某處，有用的信號常常在無(wú)意中產(chǎn)生了搗亂的共模電流。因此有必要確認那些有用信號的必要諧波分量確實(shí)在我們的控制中，而那些沒(méi)有用處的諧波分量已被我們清除掉了。因此在輸入/輸出端口添加濾波器或者在屏蔽封裝中添加襯墊來(lái)阻止從現有的屏蔽封裝中泄漏出來(lái)的高頻諧波分量，已沒(méi)有任何意義，因為我們已經(jīng)從根本上消除了原始信號源中那些沒(méi)用的產(chǎn)生干擾的諧波分量。

　　信號完整性工具
　　大多數高速PC機線(xiàn)路板在設計時(shí)都經(jīng)過(guò)許多種不同的商業(yè)信號完整性分析軟件工具的檢驗。工程師們用信號完整性分析工具，核查線(xiàn)路板的布局布線(xiàn)，以確認在接收端的電壓波形是否符合電路正確運行必須達到的指標。有時(shí)終端匹配電阻需要修改，有時(shí)甚至電路需要做更大的修改，才能使接收端的波形達到要求。一旦電壓波形符合要求，分析工作也告結束。但這樣做會(huì )在不同的設計中使終端匹配電阻各不相同。一般情況下，設計人員并不進(jìn)行定量分析以決定終端匹配電阻的最佳值，只要終端匹配電阻起作用就認可了。但是終端匹配電阻值的選擇是否準確，確實(shí)能對電路布線(xiàn)路徑上有用的信號電流產(chǎn)生巨大的影響。
　　正象以前提到的那樣，所有共模電流都來(lái)自有用的信號電流。因此分析電路走線(xiàn)上的電流和電壓波形都是有用的。但是很遺憾，幾乎沒(méi)有什么商業(yè)軟件工具可以允許進(jìn)行有實(shí)際意義的電流分析。但HyperLynx軟件的 BoardSim/LineSim工具可以進(jìn)行這項分析，該仿真工具是最早可以買(mǎi)到的電流分析工具之一。本論文中所有的例子都是采用BoardSim/LineSim工具，分析具體的PC機線(xiàn)路板而得到的。

　　終端策略和EMI輻射
　　正象前面提到的那樣，電磁兼容性（EMC）應用中的電流分析是很重要的。選擇不同的終端匹配電阻，電流幅度和波形將有顯著(zhù)的不同。例如，若選用CMOS負載（即等效電容負載）作為串聯(lián)的終端匹配電阻，則當電壓脈沖的上升或下降時(shí)刻，就會(huì )出現短暫的電流脈沖。而選用純電阻性的負載（有時(shí)候稱(chēng)作直流并行負載），則電流波形與電壓波形看起來(lái)很一致。自然，這兩種不同電流波形的頻譜非常不同。