如何利用EMIStream來解決系統板級EMI問題

隨著電子系統的復雜度越來越高，EMI問題也越來越多。為了使自己的產品能達到相關國際標準，設計人員不得不往返于辦公室和EMC實驗室，反復地測試、修改設計、再測試，如何在產品設計的階段就及時發現EMI問題變得重要。PCB布局、布線以及電源層的處理對整個電路板的EMI問題有著非常重要的影響。本文將通過實例分析討論如何利用EMIStream來解決板級EMI問題。

電磁干擾(EMI)分為傳導干擾和輻射干擾兩種。傳導干擾主要是電子設備產生的干擾信號，通過導電介質或公共電源線互相干擾。輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號，通過空間耦合傳給另一個電路網絡或電子設備，在PCB電路板中，電磁能的存在有兩種形式，即差模EMI和共模EMI。當器件輸出的電流流入一個負載時，就會產生差模EMI。當電流流經多個導電平面，如PCB上的導線組或電纜，就會產生共模EMI。圖1給出了差模EMI和共模EMI的示意圖。

其中，I表示電流強度，f表示共模電流的頻率，L表示電纜線長度，d表示測量天線到電纜的距離。

解決EMI的主要方法是減少電路板上由各種原因產生的輻射能量，而控制EMI的關鍵，是降低電源地平面諧振和電路回流的路徑阻抗，并正確放置旁路和去耦電容。

本文使用EMIStream工具對板極EMI問題進行分析。EMIStream工具的兩大主要功能是支持PCB板全部網絡的EMI分析以及電源諧振分析。EMIStream是由日本NEC公司基于多年EMI設計經驗開發的應用軟件，可以用于Cadence、Mentor Graphics、Zuken和Altium等公司的設計工具中的各種PCB設計流程，在PCB制造之前解決EMI問題。EMIStream軟件內建13條經典EMI檢查規則，均經過日本NEC內部產品實際設計結果驗證，每個檢查規則的設置值是經過實際驗證的最佳理論值。1.EMIStream分析流程

圖2是使用EMIStream對電路板進行分析的設計流程。EMIStream嵌入在PCB設計的全過程，在設計階段解決EMI問題有利于減少反復設計的次數。

2.布局的EMI檢查

A)當完成布局后，把Allegro數據直接導入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor、Zuken、Altium等其他公司的主流PCB設計工具也都有接口，保證數據的完全導入。

B)設定層疊信息，根據PCB板的層疊信息，填寫入EMI。

C)根據電路的設計數據，正確填寫電路中相關NET的頻率、串擾組、差分對、電源地信號的設置。

D)設置規則的參數，我們選擇采用默認參數，同時選擇長度檢查和最大輻射值檢查項目對該板實施檢查。

檢查結果以對話框的形式顯示出來，用戶點擊錯誤提示，查看有問題的NET，然后采用下面兩個方法來消除EMI問題：(1)調整零件的布局位置，減少NET總的長度；(2)調整網絡的拓撲結構，減少共模輻射的強度。

3.布局布線中和完成以后的EMI檢查

A：當布局布線完成后，實施整板網絡檢查，通過NET Parameter選擇需要檢測的所有關鍵信號，比如時鐘、數據、地址線、差分對等，同時可以任意選擇13條規則作為EMI檢查的基準。

B：13規則包括傳導輻射分析用的2個規則、電流回路分析用的3個規則、電源和地層分析的2個規則、信號完整性分析的4個規則、元件布局分析的2個規則。

C：檢查結果以對話框的方式顯示出來，按照網絡的EMI問題的嚴重程度從上到下逐一列出。打開每一條出錯網絡，將列出全部EMI出錯信息(錯誤列表)，有的出錯信息還會顯示修改提示，最后列出該網絡的最大輻射值以及差模輻射共模輻射值;同時，該網絡在PCB版圖上將高亮度顯示，所有錯誤用紅圈在網絡上標出(圖3)。