高速數字接口中EMI如何消除，七種方法分享給你

小尺寸低成本高速串行(HSS)接口對于體積小、功耗低、重量輕的移動設備來說尤其有價值。當移動設備必須與遠程網絡通信時，會發生電磁干擾(EMI)，因為現代HSS通常比移動設備使用的無線通信頻率更高。

電磁兼容科學告訴我們(根據麥克斯韋方程):當電子移動時，射頻信號肯定會產生。在設計中，可以使用七種主要技術進行管理EMI，它們是:隔離、信號幅值、偏移范圍、數據速率、信號平衡、擺動速率控制和波形整形。這些技術有不同的功能，我們會逐一討論。

隔離

物理隔離可能是最明顯的技術。對于射頻信號，如果可以的話“屏蔽”那么它就不會干擾任何其他信號。雖然隔離永遠不會完美，而且在蜂窩或無線局域網頻率下，實際隔離分貝值為20~40dB之間。達到這個水平的隔離解決方案EMI問題通常是必要的。所以，仔細測量IC封裝和PCB可供布局的隔離非常重要。

圖1.用于當代表帖射頻封裝的一個隔離罩

信號幅度

降低接口信號的幅值肯定會降低EMI，但是效果不大。若信號幅值減半，EMI僅降低6dB。這可能足以擺脫閉鎖問題(closeproblem)，然而，這種方法也降低了接收器的裕度，并可能導致接口錯誤?；诖?，最好以此作為回應EMI問題的最后手段。

漂移和平衡

漂移是差分信號的兩個組成部分之間的時間偏移。平衡是兩個組成部分之間部分之間的振幅匹配。這兩個參數基本上由接口驅動電路決定，最好一起分析。如圖2所示，當信號平衡在10%以內時，它是由漂移引起的EMI影響比和信號平衡的確切值并不那么重要。這意味著，從EMI從這個角度來看，在設計接口驅動電路時，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比較

圖表顯示，管理漂移比獲得一個非常封閉的信號平衡要重要得多。甚至在2%UI信號平衡誤差高達10%的影響在漂移過程中也是微不足道的。信號平衡只有在漂移100%為零的情況下才變得重要（不太可能）。

數據傳輸速率

數字信號的射頻譜具有不同的特征，從EMI從這個角度來看，最重要的是數據速率及其整數倍率的頻譜零。圖3，清楚地顯示了這些頻譜的零值。

這些零值在任何信號濾波器中都是獨立存在的。通過改變數據速率，而不是將頻譜零值移動到射頻接收器的頻帶附近，以去除進入接收器的值EMI，這是一個切實可行的選擇。對于必須識別多個衛星發回的極弱信號的信號GPS對于接收器來說，這一點尤為重要。圖3顯示了這種幫助保護GPS接收器技術，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移動頻譜零值。這是無需任何濾波、能降低特定頻帶EMI的一種特別有效的方法。

壓擺率

接口攜帶的所有必要信息都位于主光譜瓣膜上。頻譜旁瓣攜帶的是數據波形變換信息，而不是數據本身。能量產生的側瓣（這些側瓣頻率高于數據速率）EMI總之，它可以通過降低每個波形轉換的擺動速率來抑制。這是有效的，因為意外射頻信號的總帶寬不是由數據速率控制的，而是由數據波形的最快轉換（邊緣）決定的。

圖4a(頂部)表明該技術確實影響接口信號“眼圖”。盡管完全睜開的眼睛寬度變窄，但眼睛頂部和底部之間的分離并沒有受到影響。這是使用這種過濾技術必須付出的代價。

請注意：擺動速率控制只會降低側瓣的振幅。對主瓣的任何影響都可以忽略不計。這既有優點也有缺點：這意味著擺動速率控制不會稀釋數據內容。缺點是，當干擾頻率來自主瓣時，技術將無效?；谶@個原因，M-PHY的MIPIAllianceDigRFSM在其他應用中，人們傾向于使用每個信道以較低的數據速率工作，而不是以較高的數據速率工作的信道。

（a）

（b）

圖4：壓擺率控制對差分信號頻率較高的側瓣影響：頂部)眼圖邊緣轉換時間定義；底部)和變換相應的頻譜。

波形整形

控制壓力擺動速率的直接方法是調整電流源的充放電電容。這就產生了圖3和下圖5a直線變換。其他波形確實會影響EMI值，結果有好有壞。例如，圖5b簡單地展示RC通過濾波獲得的指數波形效應。在這里，EMI事實上，情況變得更糟了。原因是，在任何轉換開始時，指數波形都形成一個尖角，即使任何轉換的末端都是光滑的。但是在轉換結束時，侵權已經發生。

圖5c結果表明，當從接口波形中去除所有尖角時，光譜鉗的極限性能大大提高。去除尖角是波形塑料的主要目標，因此有時被稱為波形曲率限制。

（a）

（b）

（c）

圖5：信號變換具有不同的波形形狀EMI信號的頻譜變化：a)線性變換，b)指數變換，和c)濾波后的波形。指數變換實際上抑制了它EMI能力最差。

技術組合拳

所有的EMI管理技術始于最大化物理隔離。除了隔離，不同的技術將根據接口標準化委員會遇到的具體問題采用。以下介紹來自公告MIPI兩個標準的例子。

MIPI聯盟的M-PHY規范是一個使用低幅值差分信號的規范HSS鏈接。由于數據傳輸速率高于許多蜂窩和其他無線通信頻率，因此組合使用數據速率選擇、擺動速率控制和漂移邊界來減少內部（包括可能的單片）射頻接收器輸入端的出現EMI。圖6是這種改善的一個例子。

圖6：MIPI聯盟的M-PHY該接口結合了漂移邊界和擺動速率控制技術，降低高頻率EMI。圖4結果b比較中的頻譜。

MIPI射頻前端聯盟(RFFE)不同的不同的問題，技術管理也不同EMI。RFFE即使接口工作時接近敏感的射頻輸入，應用程序也需要一個大的單端信號。這里使用的技術組合首先使用與應用程序要求一致的最低數據傳輸速率。然后，我們對接口波形進行曲率控制，以確保任何東西EMI工作頻率僅限于低于本地射頻的工作頻率。圖7是演示其效果的一個例子。

（a）

（b）

圖7：MIPI聯盟的RFFE接口結合數據速率選擇和波形整形技術，將不必要的射頻信號頻帶控制在主無線通信頻帶以下:(頂部)26MHz數據速率使大多數信號能量處于低頻，而（底部）在每個轉換的開始和結束時實現少量曲率控制，這大大提高了EMI抑制性能。

總結

設計的EMI管理是實現移動設備中接口和接收器相互透明的關鍵組成部分。定義這些接口的標準化委員會，如MIPI聯盟，最好控制這種能力。

在強調相互透明度時M-PHY和RFFE接口規范制定中獲得的經驗表明，降低接口規范EMI?？傊?，有些技術非常有效，有些技術則不那么有效。到目前為止，最有效的技術是良好的物理隔離。第二種是限制差分信號允許的漂移，并避免使用可能導致指數接口波形的漂移RC濾波EMI為了減少接口波形上的尖角，采用波形整形技術尤為有效。

選擇數據速率是一種不需要過濾的技術。因為它來自數字波形EMI在這里，數據速率和所有整數倍率都有一個頻譜零，將這些零放置在相關頻帶附近也是非常有效的。最后，但當然，這并不重要。這是為了口波形的振幅。這種技術對EMI影響微不足道。