高速信號（RE）輻射問題分析與調(diào)試（一）

       高速差分信號引起的輻射騷擾場強(qiáng)發(fā)射不達(dá)標(biāo)問題的占比非常高，且應(yīng)用非常廣泛，給分析與設(shè)計(jì)帶來很大挑戰(zhàn)。高速差分信號噪聲類型主要分為兩大類：高速差分時鐘信號與高速差分?jǐn)?shù)據(jù)信號。

【備注說明】

  高速差分時鐘信號又分為獨(dú)立時鐘信號對與嵌入式時鐘信號兩種方式，獨(dú)立時鐘信號例如HDMI信號、LVDS信號，嵌入時鐘信號例如USB、V-By-One等。

01、高速差分信號噪聲耦合機(jī)理分析

高速差分信號由于信號上升沿/下降沿非常陡峭，時間非常短，其電流變化率（di/dt）、電壓變化率（dv/dt）大，容易在附近的信號布線上產(chǎn)生容性與感性耦合,即發(fā)生串?dāng)_耦合。高速差分信號的阻抗設(shè)計(jì)，是保證阻阻抗匹配的重要條件，阻抗匹配時信號反射能量最小化。相反阻抗不匹配時可能產(chǎn)生嚴(yán)重的信號反射，從而產(chǎn)生駐波噪聲，導(dǎo)致輻射測試不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致信號無法正常傳輸。

高速差分信號回流路徑設(shè)計(jì)，在輻射發(fā)射問題中的占比也很高，回流路徑與信號路徑共同構(gòu)成信號的傳輸路徑，回流路徑設(shè)計(jì)會導(dǎo)致如下問題：

回流路徑設(shè)計(jì)影響信號傳輸?shù)沫h(huán)路面積，環(huán)路面積越大越容易向空間發(fā)射噪聲，也容易耦合外部噪聲干擾：如ESD噪聲、EFT噪聲、雷擊浪涌噪聲以及空間電場干擾等。

強(qiáng)弱信號使用共同的回流路徑時，強(qiáng)信號噪聲會通過共環(huán)路耦合到弱信號環(huán)路中，導(dǎo)致共環(huán)路干擾，也會導(dǎo)致強(qiáng)信號的噪聲通過弱信號耦合向空間輻射發(fā)射，產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射發(fā)射問題。

回流路徑可以是完整參考平面，也可以選擇伴隨地線，伴隨地線與參考平面同時存在時，由于參考平面阻抗更低，信號會優(yōu)選參考平面作為回流路徑?；亓髀窂阶杩乖叫?，信號流過時產(chǎn)生的電位差就越小產(chǎn)生的共模噪聲就越小。

02、高速差分信號阻抗影響分析調(diào)試與設(shè)計(jì)

PCB Layout設(shè)計(jì)過程中會進(jìn)行阻抗設(shè)計(jì)計(jì)算，特性阻抗主要影響因素為：線寬、線距、銅厚、板材介電常數(shù)、綠油或者白油的介電常數(shù)、板厚等。特性阻抗實(shí)際上反映的是阻抗變化范圍，瞬時阻抗才是EMC設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注的對象，阻抗設(shè)計(jì)管控要點(diǎn)如下：    

差分信號PCB布線的線寬保持不變，尤其是在外部端子引腳、芯片引腳、器件引腳處，在滿足性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，減少器件的使用數(shù)量，可以減少阻抗突變點(diǎn)。

差分信號PCB布線上除卻阻抗設(shè)計(jì)考慮的綠油、白油、黑色油墨等材料，避免差分信號線上再疊加其它材料，比如在差分信號上覆蓋貼紙，在貼紙?zhí)帟霈F(xiàn)阻抗跌落的情況。

差分信號阻抗受到PCB生產(chǎn)工藝的影響，為減小生產(chǎn)工藝的影響程度，在滿足阻抗設(shè)計(jì)的條件下選擇較寬的線寬設(shè)計(jì)更加重要；線寬越寬受PCB生產(chǎn)刻蝕環(huán)節(jié)的影響就越小，當(dāng)差分信號布線線寬接近器件焊盤線寬時，在器件引腳處產(chǎn)生的阻抗突變就越小，信號反射同樣也會變小。

在連接器、芯片引腳處無法避免阻抗突變的點(diǎn)，可以選擇線寬漸變的設(shè)計(jì)方式，來減小線寬變化太大引起的阻抗嚴(yán)重反射。