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干掉高速数字接口中EMI的七种兵器

小尺寸且低成本的高速串行(HSS)接口对那些必须要体积小、功耗低、重量轻的移动设备尤为可贵。当移动设备必须与远程网络通信时,会发生电磁干扰(EMI),

小尺度且低成本的高速串行(HSS)接口对那些必需求体积小、功耗低、重量轻的移动设备尤为可贵。当移动设备有必要与长途网络通信时,会产生电磁搅扰(EMI),因为现代HSS接口运用的数据速率往往高于移动设备所运用的无线通信频率。

电磁科学告知咱们(依据麦克斯韦方程):电子移动时,一定会产生射频信号。在规划时,可选用七种首要技能办理EMI,它们是:阻隔、信号幅值、偏移规模、数据速率、信号均衡、压摆率操控和波形整形。这些技能各有不同功用,接下来咱们将逐个评论。

阻隔

物理阻隔或许是最清楚明晰的技能。对射频信号来说,假如咱们能将其“屏蔽”,那它就不会搅扰任何其他信号。尽管阻隔永久不会一无是处,且在蜂窝或无线局域网频率,实践的阻隔分贝值在20~40dB之间。到达这种水平的阻隔对处理EMI问题一般必不可少。因而,细心丈量IC封装和PCB布局可提供的阻隔非常重要。

信号起伏

下降接口信号的幅值肯定会下降EMI,但作用不大。若信号幅值下降一半,EMI仅下降6dB。这或许足以脱节一个闭锁问题(close problem),但该办法也一同下降了接收器裕度,并或许导致接口过错。基于此,最好是将其作为应对EMI问题的最终手法。

漂移和平衡

漂移是差分信号的两个重量间的时刻偏移。平衡是差分信号两个重量间的起伏匹配。这两个参数根本由接口驱动器电路决议,且最好将其一同剖析。如图2所示,当信号平衡在10%以内,与漂移构成的EMI影响比,信号平衡的切当值显得没那么重要。这意味着,从EMI的视点看,规划接口驱动电路时,尽量削减漂移远比努力幅值平衡事半功倍。

图2:信号平衡和漂移的组比照。该图标明,办理漂移比得到一个非常闭合的信号平衡要重要得多。甚至在2%的UI漂移时,信号平衡差错高达10%的影响也微乎其微。仅当漂移百分百为零时(一个不太或许的状况),信号平衡才变得重要。

数据传输速率

数字信号的射频频谱具有不同特性,从EMI的视点看,最重要的是该数据速率和其整数倍速率的频谱零值。图3,清楚地展现了这些频谱零值。

这些零值独立存在于任何信号滤波。经过改动数据速率,而非将频谱零值移到一个射频接收器频带邻近以除掉进入接收器的EMI,是种切实可行的挑选。对有必要识取多个卫星发回的极端弱小信号的GPS接收器来说,这尤为重要。图3显现了这种用于协助维护GPS接收器的技能,数据速率从1.248Gbps(图3a)变为1.456Gbps(图3b)。

(a)

(b)

图3:改动接口数据速率会移动频谱零值。这是无需任何滤波、能下降特定频带EMI的一种特别有用的办法。

压摆率

接口带着的一切必要信息坐落主谱瓣。频谱旁瓣带着数据波形改换信息,而非数据自身。对因旁瓣(这些旁瓣频率高于数据速率)能量产生的EMI来说,能够经过削减每个波形改换的压摆率来按捺。这么做之所以有用,是因为意外的射频信号的总带宽不由数据速率掌控,而是由数据波形的最快改换(边际)决议的。

图4a(顶部)说明晰这种技能的确影响到接口信号的“眼图”。尽管彻底张开的眼的宽度变窄了,但眼顶部和底部间的别离没受影响。这是运用该过滤技能必付的价值。

请注意:摆率操控仅下降了旁瓣幅值。对主瓣的任何影响都能够忽略不计。这有利有弊:优点是,这意味着,摆率操控并不会稀释数据内容。害处是:仅当搅扰频率来从主瓣时,会使该技能无效。基于此原因,如选用M-PHY的MIPI Alliance DigRFSM等运用,人们倾向运用每个都作业于较低数据速率的多条信道,而非一条作业于较高数据速率的信道。

(a)

(b)

图4:压摆率操控对差分信号的频率较高旁瓣的影响:顶部)眼图的边际改换时刻界说;底部)与a图显现的改换相应的频谱。

波形整形

施行压摆率操控的直接办法是调整电流源充放电%&&&&&%。这就产生了如图3及下面图5a中所示的直线改换。其它波形形状也确会影响EMI值,成果有好有坏。例如,图5b展现了由简略RC滤波所得到的指数波形的作用。这儿,EMI其实变得更严峻。原因是,在任何改换开端时,指数波形都构成一个尖角,即使任何改换的完毕是润滑的。但在改换结尾,侵损现已产生。

图5c展现了当一切的尖角被从接口波形中除掉,频谱钳限功能大大改进了。除掉尖角是波形整形的首要方针,所以,有时也将其称为波形曲率约束。

(a)

(b)

(c)

图5:具有不同波形形状的信号改换的EMI信号的频谱改变:a)线性改换,b)指数改换,和c)滤波后的波形。指数改换实践上按捺EMI的才能最差。

技能组合拳

一切的EMI办理技能始于最大化物理阻隔。除阻隔外,取决于接口标准化委员会遇到的具体问题,会选用不同的技能。下面介绍来自于发布的MIPI标准的两个比如。

MIPI联盟的M-PHY标准是个运用低幅值差分信号的HSS链接。因为数据传输速率高于许多蜂窝和其它无线通信频率,所以组合运用了数据速率挑选、压摆率操控以及漂移鸿沟等办法以下降呈现在内部(包含或许的单片)射频接收器输入端的EMI。图6是表现这种改进的一个比如。

图6:MIPI联盟的M-PHY接口组合了漂移鸿沟与压摆率操控技能,以极力下降高频EMI。将该成果与图4b中的频谱进行比较。

MIPI联盟的射频前端(RFFE)接口有不同的问题,且选用不同的技能办理EMI。RFFE运用需求大幅值的单端信号,即使该接口作业时紧邻灵敏的射频输入。这儿选用的技能组合首要选用与运用需求共同的最低数据传输速率。然后,咱们对接口波形施行曲率操控,以保证任何EMI都被限制于低于本地射频的作业频率。图7是演示其作用作用的一个比如。

(a)

(b)

图7:MIPI联盟的RFFE接口组合了数据速率挑选和波形整形技能,以将不需求的射频信号频带操控在首要无线通信频带以下:(顶部)26MHz数据速率现已使得大部分信号能量坐落低频,而(底部)在每一个转化的开端和完毕都另施行了少数的曲率操控,明显改进了EMI按捺功能。

总结

规划的EMI办理是完成移动设备内接口和接收器彼此透明度的一个要害组成部分。界说这些接口的标准委员会,如MIPI联盟,最好地掌控着这种才能。

由在着重彼此透明度的M-PHY和RFFE接口标准的拟定中所获经历标明,对下降EMI来说,有的技能很有用、有的不那么有用。目前为止,最有用的技能是杰出的物理阻隔。其次是限制差分信号答应的漂移,以及防止选用可导致指数接口波形的RC滤波。对减小EMI来说,运用波形整形技能以削减接口波形上的尖角是特别有用的办法。

挑选数据速率是不需求滤波的一种技能。因为来自数字波形的EMI在此数据速率和其一切的整数倍速率都有频谱零值,将这些零值放置在所重视频带的邻近也非常有用。最终但当然不是不重要的,是下降接口波形的幅值。这种技能对EMI的影响微乎其微。

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