1、初学 PCB 的 EMI 设计心得很多初学者对于 EMI 设计都摸不着头脑，其实我当初也是一样，但是在做了几次设计以后，也逐渐有了一些体会。首先，对于大脑里面一定要清楚一个概念在高频里面，自由空间的阻抗是 377 欧姆，对于一般的EMI 中的空间辐射来说，是由于信号的回路到了可以和空间阻抗相比拟的地步，因而信号通过空间“辐射”出来。了解了这一点，要做的就是把信号回路的阻抗降下来。控制信号回路的阻抗，主要的办法是缩短信号的长度，减少回路的面积，其次是采取合理的端接，控制回路的反射。其实控制信号回路的一个最简单的办法就是对重点信号进行包地处理（在两边最近的距离走地线，尤其是双面板要特别注意，因为双
2、面微带模型阻抗有 150 欧姆，和自由空间不相上下，而包地可以提供几十欧姆的阻抗），请注意由于走线本身在高频里面也是有阻抗的，所以最好采用地平面或者地线多次接过孔到地平面。我很多的设计都是在采用包地以后，避免了时钟信号的辐射超标。另外就是要避免信号穿越被分割的区域，很多工程师信号对地进行分割，但有时候又忘记了，把线布过了这些区域，结果造成信号回路绕过很大的区域，无形中增加了布线长度。对于 EMI 传导的部分，重点是要用好旁路电容和去藕电容。旁路电容（提供一条交流短路线）一定要以最短的连线布置在芯片电源管脚和地线（平面）上。去藕电容要放在电流需求变化最大的地方，避免因为走线的阻抗（电感），让噪声
3、从电源和地线上耦合出去。当然，合理串联使用磁珠，可以“吸收” （转换成热能）这些噪声。电感有时也可以用来滤除噪声，但是请注意电感本身也是有频率响应范围的，而且封装也决定其频率响应以上是一些最基本的体会。对于 EMI 设计来说，需要你真正了解你自己的设计，什么地方需要重点照顾，什么地方出了问题会是什么样的现象，备选方案是什么，都需要预先整理好。高速 PCB 背板设计方案高速 PCB 背板设计者面临信号衰减、符号间干扰(ISI)及串扰等几项主要挑战。具有创新信号调整技术的芯片产品(如高速 PCB 背板接口解决方案) 可有效解决这些系统级难题，使系统厂商能为其客户提供高性能及可升级的系统，并减少开发
4、时间及成本。 路由器、以太网交换机及存储子系统等基于模块化机箱的系统中，高速 PCB 背板要求有高等级的信号完整性及更高的系统吞吐量。面向这些应用的系统供应商为了用一种经济且及时的方式来设计这些高速PCB 背板，正面临众多挑战。他们还必须保护其客户在原有线卡、机箱及电源上的投资，同时还必须支持更高的性能及提供更新的服务。 今天，一些系统中的 PCB 背板正采用 5Gbps 或更高速的串行链路技术运行。为设计能以这种速率工作的高可靠系统，要求芯片厂商提供确保在 PCB 背板中进行无错误传输的解决方案。本文将阐述基于模块化机箱系统中的高速 PCB 背板及其设计挑战，同时将讨论能解决这些挑战的芯片解
5、决方案。 一、基于模块化机箱的系统实例 像核心路由器、企业级交换机及存储子系统等模块化机箱系统，全都拥有高速 PCB 背板及多个线卡。通过增加更多的线卡以及提高线卡端口密度，可提高系统性能及容量。这些系统均为模块化，可独立进行扩展。它们还被设计成具有高可用性以确保连续运行。 这些系统由含有冗余开关卡、线卡及电源模块的插槽组成。它们可配备冗余组件来增加安装的可靠性及可用性。一种典型的基于模块化机箱的系统配置。PCB 背板接口解决方案(亦称为高速串行连接)提供高速 PCB 背板间的全双工通信。串行连接器件的速度取决于系统吞吐量要求。串行连接通过高速差分信号来传输数据。然后此差分信号又通过线卡及连接
6、器路由，穿过 PCB 背板并经过另一组高密度连接器。其信道特征取决于 PCB 背板材料、连接器密度、走线宽度/耦合等。在典型的路由器中，根据线卡插入这些走线中的位置，走线长度可在 1 英寸至 48 英寸范围内。 这些模块化机箱系统中的 PCB 背板接口器件具有以下一些关键要求： 1提高速度：接口器件应能满足系统设计者不断提高的带宽要求。芯片厂商目前正出售 3.125-5Gbps速率并在提供 6.25Gbps 解决方案的样品，以实现对现有 PCB 背板中的解决方案进行升级。通过简单的开关卡升级，系统厂商可再利用现有机箱及线卡，同时提供一种向更高带宽线卡的升级途径，以低成本来为客户提供更多的服务；
7、 2后向兼容性：PCB 背板接口器件要求能以原有线卡速度工作，以便与原有线卡兼容； 3高密度及低功耗：为应付日益增加的网络流量，这些系统需要更小的占位面积及更高的性能和密度，且不会额外增加的功耗。因此对功耗更低、速度更快的 PCB 背板器件的需求始终存在。 4可制造性及可测试性：PCB 背板接口器件需要整合 JTAG 及 BIST 等功能，来实现原型创建及制造期间的芯片级和系统级测试。 二、高速 PCB 背板设计考虑 随着数据速率超出 1Gbps 水平，设计人员必须解决其 PCB 背板系统设计中的新问题。这些 PCB 背板的信号完整性受趋肤效应、介电损耗、串扰引起的更大噪声以及符号间干扰(IS
8、I)等因素的影响。 趋肤效应是这样一种现象，即随着频率的增加，大部分电流将集中于外部导体上。由趋肤效应所引起的损耗与频率的平方根、走线的宽度和高度成正比。 介电损耗是由板电介质热损耗所引起，且随频率线性增加。在较高频率上，介电损耗便成为一个较严重的问题。这些损耗不仅降低信号的幅度而且还减慢信号的边缘速度，进而造成信号发散及抖动容限较差。因为衰减较少的低频分量与衰减较多的高频分量在接收器上相加，信号发散将导致符号间干扰。结果，其眼图开口变小，因此更难在接收端上恢复，从而导致无法接受的误码率。这限制了最大位速率。另一种解释此现象的方式是，信号“变脏”或发散，致使能量逐位下降，进而产生误码。在较低速
9、率上，可对ISI 进行校正，因为有足够的时序余量。但在较高速率上，ISI 不再只限于信号边界，而是能影响整个位宽度。 噪声的主要来源是由高密度的连接器及 PCB 背板走线引起的串扰。串扰是高密度连接器与 PCB 背板布局布线导致的一种主要噪声源。有两种类型的串扰：近端串扰(NEXT)与远端串扰(FEXT)。靠近受害接收器的发射器发出的信号干扰接收的信号时将引起 NEXT。而当接收信号受到与受害接收器相连的 “远端发射器”干扰时则会引起 FEXT。所有这些信道损害均可在 PCB 背板互连器件中用特殊的信号调整(例如预加重及均衡等)电路来予以补偿或消除。这些电路通过衰减低频分量及放大高频分量来补偿
10、信号损耗。 三、创新信号调整技术 PCB 背板接口器件的关键作用是解决损耗及串扰等信道损害问题，并由此而延长 PCB 背板的使用寿命。接口发射器拥有幅度控制及预加重等信号调整电路。 同样，PCB 背板接口接收器采用均衡技术来控制损耗。另外，这些器件还要求具有 JTAG 及 BIST 等可测试特性，以在制造时能进行系统级测试。美国国家半导体公司的四路 5Gbps SerDes 可满足所有这些要求的。以下对四路 5GbpsPCB 背板收发器 SCAN50C400 对及其它高速 PCB 背板接口器件所采用的信号完整性技术进行详细介绍。 预加重与去加重：此项技术在信号发送前对其进行预扭曲，以使接收器上
11、的信号质量如同原始发送的质量。当信号在直流电平上保持超过一个比特的时间时，预加重就会抬高高频分量而降低低频分量。在设计这些方法的过程中，系统设计人员必须仔细控制输出幅度以限制输出功率。 接收均衡：接收均衡通过对输入数据运用相对频率特征来补偿信道的损耗特征。有两种均衡电路：固定式与自适应式。固定式均衡器对补偿特征进行手工设置，而自适应式均衡器则采用自适应算法来设置最佳补偿特征，这使用户能将一种器件应用于各种不同的信道。它还能对制造偏差及环境变化给信道特征带来的变化进行自动补偿。 接收均衡功能既可集成到 PCB 背板接口器件中，也可在独立器件中执行。在独立器件中执行接收均衡的优势是可提供最佳的布线优势及设计灵活性。 串扰噪声消除：除预加重及接收均衡技术外，在某些系统中也采用串扰消除技术。这些芯片采用这样一种噪声消除机制，即对邻近信道上的噪声进行采样，然后再将其从信号中减掉。
