1 PCB电路中信号完整性分析与EMC仿真技术

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1、万方数据2012年第2期(总第118期)信息通信INFORMATl0N&COMMUNICATIONS2012(Sum．No118)PCB电路中信号完整性分析与EMC仿真技术任尚宗。李少华(空军装备研究院通信所，北京100085)摘要：通信系统高速采集技术随着信号的升降时间变短、信号频率和边沿速度提高、信号速率的提高和芯片尺寸的减少会受到处于同一电磁环境中其他系统或设备的电磁发射导致性能下降。在系统设计阶段开展EMC工作，避免可能出现的电磁兼容问题，且可以使PCB设计成本变低。本文介绍了现有EMC分析的电磁场求解方法及常

2、用的EMC仿真技术及软件并对实际电路进行了示例分析，分析结果有利于指导硬件开发人员对PCB的EMC设计。关键词：信号完整性分析；电磁兼容(EMC)仿真；PCB设计；高速数字采集技术中图分类号：TN4lO．2文献标识码：A文章编号：1673．113l(2012)02．0042．03TheSignalIntegrityAnalysisandEMCsimulationtechnologyforPCBAbstract：Withthereducingofthesignal’sriseandfalltimeandchipsizea

3、ndtheincreasingofsignalfrequencyandedgespeedrate，theperformanceofhigh-speedcommunicationssystemsacquisitiontechnologyisaffectedbyothersystemsorequipmentinthesameelectromagneticenvironment，whichwillleadtotheperformancedegradationoftheelectromagneticemission．EMCwo

4、rk,carriedoutinthesystemdesignstage，callavoidpossibleelectromagneticcompatibilityproblems．AndthePCBdesigncostsCanbesaved．ThisarticledescribestheexistingEMCanalysis，electromagneticfieldsolvingmethodsandcommonsoft-wareusedinEMCsimulationandtechnologies．Theactualci

5、rcuitsampleisanalyzed．TheanalysisresultscanhelpguidethehardwaredeveloperswiththePCBEMCdesign．Keywords：SIAnalysis；EMCSimulation；PCBDesign；Highspeeddigitalcollectiontechnology1PCB电路中的信号完整性分析在PCB设计中，EMC／EMI主要分析布线网络本身的信号完整性，实际布线网络可能产生的电磁辐射和电磁于扰以及电路板本身抵抗外部电磁干扰的能力。具体来

6、说，信号完整性分析包括同一布线网络上同一信号的反射分析、阻抗匹配分析、信号过冲分析、信号时序分析、信号强调分析等Ibsl。对于邻近布线网络上不同信号之间的串扰分析，由于在相邻PCB布线之间存在寄生电容CSV，高频信号会通过CSV引起互相‘干扰，在一路有脉冲信号通过时，另一路上在脉冲的上升沿和下降沿位置有干扰脉冲出现，这就是PCB布线间的串扰。串扰一方面影响信号质量，同时串扰脉冲也是EMI的主要发射源。在信号完整性分析时还必须考虑布线网络的几何拓扑结构，PCB绝缘层的电介质特性以及每一布线层的电气特性。信号完整性的建模与

7、仿真是通过使用电路与电磁场的分析软件完成的，优化设计改善层间噪声与电源层和地线层之间的阻抗，降低信号的反射和串扰，改进信号的回流路径，降低电源分配系统阻抗，同步开关噪声，消除频率的谐振，合理放置去耦与旁路电容改善电源地的阻抗与谐振，使用屏蔽过孔等措施改进边缘辐射。如图l所示，对原始信号的“噪声状”区域进行放大以后，发现该信号明显有一个固定的频率分量在里面，约为3GHz左右，通过理论分析，该信号应该是本振泄露(本振为1．5GHz)，由于混频器产生的二次谐波以及混频后引入的直流漂移经共同的“地层”串扰至接收信号造成的。理论

8、仿真结果((c)图)与实际结果((d)图)对比如图l(cXd)所示。uIm^wti．★．-·¨@⋯抄(C)(d)图l载频信号的串扰问题2EMC分析的电磁场求解方法．与低速情况下的数字设计相比，在高速PCB走线中的电信号的传播速度取决于其周围的介质和走线的几何结构，在高速数字电路PCB设计中，当布线长度大于1／20波长或信号延时超过