基于S3C2440嵌入式系统主板的电磁兼容性设计（2） 兼容性, 嵌入式

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2.3.2 差模EMI产生机理

差模干扰是幅度相等、相位相反的噪声。差模干扰的特点是大小相等、方向相反，存在于电源相线与中线及相线与相线之间。差模干扰也称为常模干扰、横模干扰或对称干扰，是施加于载流体之间的干扰。

差模辐射计算公式：



式中：ID表示电流强度;f表示共模电流的频率;LS表示环路面积;d表示测量天线到电缆的距离。

2.4 共模差模EMI抑制措施

2.4.1 通常采用的抑制措施

通常减小共模辐射的方法有：

(1)减小地电位;

(2)使用去耦电容;

(3)使用铁氧体磁环;

(4)使用共模电源滤波器。

通常减小差模辐射的方法有：

(1)减小环路面积;

(2)频率越高，辐射越强，所以应尽量减小有用信号的高次谐波成分;

(3)采取屏蔽方法。

2.4.2 本文采用的源端端接抑制措施

所谓源端端接就是在传输线驱动端串联端接一个等于特征阻抗的阻抗。

由共模辐射计算公式可以看到，要减小共模辐射，减小Ic和f是不可能的，d又是恒定值，只有减小L。由差模辐射计算公式，可以看出要想减小差模辐射，就是要减小LS即电流环路面积，多层板中信号走线的电流环路面积就等于介质的厚度乘以走线长度，在介质厚度恒定的前提下，减小差模辐射同样归结到减小信号走线L上。

然而缩短信号走线长度通常是不实用的，不过给传输线源端串联端接一个等于特征阻抗的阻抗，就可以消除共、差模辐射的干扰。

源端串联端接措施要求加一个电阻与输出缓冲器串联，缓冲器阻抗和端接电阻值的总和等于传输线的特性阻抗。此时，因为反射系数为O，任何由于在负载端存在的阻抗不连续所产生的反射干扰将在其达到源端时被消除，这样可以减小噪声、电磁干扰(EMI)及射频干扰(RFI)。

2.5 基于EMIStream仿真的高速主板EMI设计

2.5.1 主板仿真环境介绍

EMIStream是日本NEC公司基于多年EMI设计经验开发的应用软件，在日本已经推广使用了多年，它有效地减少了电子产品的EMI/EMC问题，大大缩短了产品开发周期。在仿真分析过程中，还将用到Mentor Graphics公司的Hyperlynx仿真软件，对信号网络进行阻抗端接处理。

2.5.2 主板叠层采用10层板初步减小EMI

主板叠层结构为T-G-S-P-S-G-P-S-G-B，“T”为顶层，“G”为地平面层，“P”为电源平面层，“S”为信号层，“B”为底层。高速信号走线时层的变化，及那些不同的层用于一个独立的走线，确保返回电流从一个参考平面流到需要的新参考平面。这样是为了减小信号环路面积，减小环路的差模电流辐射和共模电流辐射。环路辐射与电流强度、环路面积成正比。实际上，最好的设计并不要求返回电流改变参考平面，而是简单地从参考平面的一侧改变到另一侧。

2.5.3 传输线驱动端串联端接阻抗进一步减小EMI

利用EMIStream对主板进行EMI仿真分析，通过Estimation of radiated electromagnetic field功能评估整板EMI辐射，仿真结果如图2所示。NetLDATA6是CPU与SDRAM，NADNFLASH的数据通信网络，数据传输频率高达 133 MHz，图2所示仿真结果中的DM指差模干扰，CM指共模干扰，NetLDATA6网络的差模辐射ED=55.4 dB>40 dB，共模辐射Ec=54.7 dB>40 dB，均超过GB9254规定的B级产品辐射限值，GB9254电磁兼容标准即《信息技术设备的无线电干扰极限值和测量方法》。




这里，首先运用Mentor Graphics公司的Hyperlynx仿真软件对NetLDATA 6网络进行terminator wizard提示需端接22 Ω阻抗，端接处理后，重新导入EMIStream进行EMI仿真，仿真结果如图3所示。NetLDATA 6_T网络就是源端端接阻抗后的NetLDATA 6网络。可以看到，共模辐射和差模辐射都抑制到了GB9254规定的B级产品辐射限值以内。至于图中还存在的Maximum radiation辐射，只要再减小端接阻抗与驱动端距离，即可消除，最终的仿真结果如图4所示。



该嵌入式高速主板硬件上还采用了滤波、屏蔽技术，软件上采用了看门狗、软件拦截等抗干扰技术，最终整机通过EMC认证机构认证，信息技术设备在10 m测量距离处的辐射骚扰平均值为33.2 dB，符合GB9254标准。

3 结语

随着电子系统和设备数量的逐渐增多和性能的不断提高，电子干扰将越来越严重，如何减小设备之间的相互电磁干扰(EMI)使成了迫切要解决的问题。本文以嵌入式高速主板为平台，结合EMIStrearn，Hype-rl-ynx仿真软件，对整个主板进行板极EMI仿真，通过分析电磁干扰的产生机理找到抑制措施，结合仿真有效地抑制了差模共模辐射于GB9254规定的B级产品辐射限值以内。同时由于电子技术，应用广泛，而且各种干扰设备的辐射很复杂，要完全消除电磁干扰是不可能的。但是，可以采取硬件上滤波、接地、屏蔽等措施并结合软件抗干扰技术来减小电磁干扰，使电磁干扰控制到一定范围内，从而保证系统或设备的兼容性。