如何管理高速數字接口的EMI

　　當今高速數字接口使用的數據傳輸速率超過(guò)許多移動(dòng)通信設備(如智能手機和平板電腦)的工作頻率。需要對接口進(jìn)行精心設計，以管理接口產(chǎn)生的本地電磁 輻射，避免接口信號受其他本地射頻的干擾。本文探討了管控高速數字接口EMI的若干最重要技術(shù)，說(shuō)明了它們是如何有助于解決EMI問(wèn)題的。

　　小尺寸且低成本的高速串行(HSS)接口對那些必須要體積小、功耗低、重量輕的移動(dòng)設備尤為可貴。當移動(dòng)設備必須與遠程網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)，會(huì )發(fā)生電磁干擾(EMI)，因為現代HSS接口使用的數據速率往往高于移動(dòng)設備所使用的無(wú)線(xiàn)通信頻率。

　　為實(shí)現成功的移動(dòng)通信產(chǎn)品，這些產(chǎn)品內所有組件必須要各司其職、和平共處。這不僅意味著(zhù)任何不期望產(chǎn)生的射頻信號必須不干擾任何有意發(fā)射的射頻信號，還意味 著(zhù)任何有意的射頻信號必須不干擾任何其它電路的工作。這就是所謂的相互透明原則。任何電路的操作都是透明的——這意味著(zhù)不干擾到任何其它電路的工作。至關(guān) 重要的是，規范制定機構必須要特別注意從接口到射頻，以及從射頻到接口的EMI，因為無(wú)論接口如何能“獨善其身”，只要它易受干擾或本身發(fā)射干擾，整個(gè)產(chǎn) 品就不會(huì )正常工作。MIPI聯(lián)盟已經(jīng)開(kāi)發(fā)出兩種非常關(guān)注相互透明度的規范。

　　電磁科學(xué)告訴我們(根據麥克斯韋方程)：電子移動(dòng)時(shí)，一定會(huì )產(chǎn)生射頻信號。在設計時(shí)，可采用七種主要技術(shù)管理EMI，它們是：隔離、信號幅值、偏移范圍、數據速率、信號均衡、壓擺率控制和波形整形。這些技術(shù)各有不同功用，接下來(lái)我們將逐一討論。

　　隔離

　　物理隔離可能是最顯而易見(jiàn)的技術(shù)。對射頻信號來(lái)說(shuō)，如果我們能將其“屏蔽”，那它就不會(huì )干擾任何其他信號。雖然隔離永遠不會(huì )盡善盡美，且在蜂窩或無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) 頻率，實(shí)際的隔離分貝值在20~40dB之間。達到這種水平的隔離對解決EMI問(wèn)題通常必不可少。因此，仔細測量IC封裝和PCB布局可提供的隔離非常重 要。

　　圖1：用于當代表貼射頻封裝的一個(gè)可能的隔離罩。

　　信號幅度

　　降低接口信號的幅值肯定會(huì )降低EMI，但效果不大。若信號幅值降低一半，EMI僅降低6dB。這可能足以擺脫一個(gè)閉鎖問(wèn)題(close problem)，但該方法也同時(shí)降低了接收器裕度，并可能導致接口錯誤?；诖?，最好是將其作為應對EMI問(wèn)題的最后手段。

　　漂移和平衡

　　漂移是差分信號的兩個(gè)分量間的時(shí)間偏移。平衡是差分信號兩個(gè)分量間的幅度匹配。這兩個(gè)參數基本由接口驅動(dòng)器電路決定，且最好將其一起分析。如圖2所示，當信 號平衡在10%以?xún)?，與漂移造成的EMI影響比，信號平衡的確切值顯得沒(méi)那么重要。這意味著(zhù)，從EMI的角度看，設計接口驅動(dòng)電路時(shí)，盡量減少漂移遠比致 力幅值平衡事半功倍。

　　圖2：信號平衡和漂移的組對比。

　　該圖表明，管理漂移比得到一個(gè)非常閉合的信號平衡要重要得多。甚至在2%的UI漂移時(shí)，信號平衡誤差高達10%的影響也微不足道。僅當漂移百分百為零時(shí)(一個(gè)不太可能的情況)，信號平衡才變得重要。

　　數據傳輸速率

　　數字信號的射頻頻譜具有不同特性，從EMI的角度看，最重要的是該數據速率和其整數倍速率的頻譜零值。圖3，清楚地展示了這些頻譜零值。這些零值獨立存在于任何信號濾波。通過(guò)改變數據速率，而非將頻譜零值移到一個(gè)射頻接收器頻帶附近以除去進(jìn)入接收器的EMI，是種切實(shí)可行的選擇。對必須識取 多個(gè)衛星發(fā)回的極其微弱信號的GPS接收器來(lái)說(shuō)，這尤為重要。圖3顯示了這種用于幫助保護GPS接收器的技術(shù)，數據速率從1.248Gbps(圖3a)變 為1.456Gbps(圖3b)。

　　(a)

　　(b)

　　圖3：改變接口數據速率會(huì )移動(dòng)頻譜零值。這是無(wú)需任何濾波、能降低特定頻帶EMI的一種特別有效的方法。