摘要：電磁干擾（EMI）和電磁兼容（EMC）測試是汽車應用領域中串行器/解串器（SerDes）設計必須驗證的參數(shù)，需要在設計之初謹慎考慮EMI和EMC問題，避免不必要的設計修改。以下應用筆記詳細介紹了如何在SerDes系統(tǒng)中測試EMI/EMC的基本概念和技術指南。
引言
LCD視頻顯示屏在汽車領域的應用越來越普遍，堅固的設計、小巧的尺寸及低廉的成本使其非常適合安全、導航及信息娛樂系統(tǒng)。LCD顯示屏是數(shù)字裝置，每個像素為離散的數(shù)字值。由于驅動這些顯示屏的媒體/圖像信號源通常也為數(shù)字格式，因此，數(shù)字鏈路是連接視頻信號源和顯示屏最簡單、性能最高的方式。視頻鏈路的數(shù)字通道必須具有足夠的帶寬，例如640 x 480像素的彩色顯示屏工作于30fps （幀/秒）。如果每個像素的紅、綠、藍信號僅有6位分辨率，對應的數(shù)據(jù)率則為640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps。實際傳輸速率必須略高一些，因為正常工作需要消隱時間。許多顯示屏具有更多像素和/或更高的像素分辨率，從而使碼率大大提升。串行器/解串器（SerDes）器件接收并行數(shù)字數(shù)據(jù)，然后對其進行串行轉換，以便傳輸。有些器件，例如MAX9209串行器，保持紅、綠和藍數(shù)據(jù)通道分離，三原色中的每種顏色為一個獨立的串行通道，另外還提供時鐘第4個通道。其它器件，例如MAX9247串行器，則將這些數(shù)據(jù)組合為單個串行通道，采用嵌入式時鐘信號。這兩種方法都會明顯提高傳輸基頻。盡管頻率增大會產生問題，但是為串行轉換后的信號提供具有適當屏蔽和阻抗匹配的傳輸介質相對比較容易。
EMI測試
汽車應用中必須進行EMI測試，確保處于工作狀態(tài)的系統(tǒng)不會干擾到周圍其他系統(tǒng)。針對空間輻射和傳導干擾進行測試?？臻g輻射的測試主要使用天線，檢測系統(tǒng)通過自由空間向其他系統(tǒng)輻射的能力。設計不合理的SerDes系統(tǒng)無法滿足EMI技術指標。相比之下，傳導干擾測試主要采用系統(tǒng)電源線上的電壓和電流探頭完成。由于SerDes系統(tǒng)很少直接連接到電源線，所以很少考慮傳導干擾。
EMC測試
與EMI測試類似，汽車應用領域通過EMC測試確保系統(tǒng)不會被周圍其他系統(tǒng)干擾。由于新型汽車車體內部存在大量電子系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都存在電流、電阻并且工作頻率占據(jù)很寬的頻譜，因此很有必要進行這項測試。EMC測試采用大電流注入（BCI），對被測系統(tǒng)來說是個難題。盡管BCI測試規(guī)范和方法依汽車廠商的不同而異，但通常涉及到頻率從幾MHz到1GHz較強的外部電磁場。
像素時鐘頻率選擇
正確選擇像素時鐘對EMI具有明顯影響，SerDes視頻鏈路類似于其它高速數(shù)字器件，會產生時鐘頻率整數(shù)倍的諧波輻射，由此檢測其EMI。汽車應用領域，EMI輻射限制隨頻率變化。許多汽車制造商都在特定頻帶內規(guī)定了相當嚴格的限制。例如，433MHz是用于無線門禁（RKE）的頻率，往往是EMI規(guī)范中最嚴格的頻段。對于像素時鐘頻率為33MHz的系統(tǒng)，其13次諧波位于429MHz，這會嚴重干擾433MHz RKE頻帶。選擇稍低的32.7MHz頻率，可以將13次諧波移到425MHz，形成更寬松的頻率裕量。
SerDes PCB EMI/EMC測試的通用特點
●良好的接地對所有IC都是非常重要的設計準則，對于SerDes系統(tǒng)尤其重要。所有接地引腳必須具有低阻，并連接到穩(wěn)定的接地區(qū)域。不建議將PCB分為多個區(qū)域。PCB元件層的覆銅區(qū)域，以及緊鄰下方采用連續(xù)覆銅區(qū)，這些都是常規(guī)準則。使最上層的覆銅遠離阻抗匹配地走線，最好保留至少3倍于差分對布線的間距。
●考慮每個接地點都采用了多個過孔，過孔的寄生電感是造成非理想特性的關鍵。采用多個過孔有助于減小電感，從而提高性能。
●對IC的電源端進行旁路非常重要，特別是對于SerDes系統(tǒng)。類似于接地的考慮，電源引腳從電源側看必須具有低交流阻抗，尤其是低壓差分信號（LVDS）線路、I/O電源引腳以及用于鎖相環(huán)（PLL）電路的電源引腳。建議每個引腳連接兩個旁路電容，這兩個電容通常相差10倍至100倍（例如0.1?F和1nF）。最小電容應距離需要去耦/旁路的電源引腳最近。
●可以考慮在SerDes系統(tǒng)的電源引腳使用磁珠，特別是LVDS線路、I/O電源引腳和PLL電源引腳，當然，這一點適用于所有電源引腳。磁珠有助于減小高頻能量的輸入和輸出，選擇峰值阻抗為100Ω至600Ω、額定值至少為100mA的磁珠。
圖1所示為MAX9247串行器PCB的放大圖片，關鍵元件有FB4、C6和C5，這些元件被布置在一列，絲印參考點位于各自元件外框的右側。圖1底部為MAX9247的一角。FB4的右側端子通過一個過孔連接到嵌入式接地區(qū)域。FB4的左側端子向下連接至C6和C5，然后連接至MAX9247的引腳27，這是串行器的V*LL電源節(jié)點。注意，連接FB4、C5和C6的引線較寬，使寄生電感降至最低。由于該引線為了滿足MAX9247的引腳焊距而變窄，所以在C5和MAX9247之間使用了一個多邊形覆銅，保持盡量寬的引線，同時盡量靠近串行器。而且，C5和C6的接地顯示每個電容自身都具有連接至接地區(qū)域的過孔（每個元件的右側）。最上層覆銅區(qū)域為接地層，為C6和C5至MAX9247的引腳26提供直接的低電感連接通路，該引腳為串行器的PLLGND。
圖1. MAX9247的推薦旁路和接地設計
關于串行器的建議
抑制串行器的EMI輻射需要了解一些基本概念。通常情況下，串行器對EMC測試不是特別敏感；然而，其輸出需要具有阻抗固定的平衡傳輸線對。大多數(shù)串行器IC針對100Ω阻抗進行優(yōu)化。如果設計中有不可更改的設計因素，接近該范圍的其它阻值也可以接受。如果串行器輸出需要連接到機箱以外，并入汽車線束，這些輸出就必須能夠承受對電池短路故障。最簡單的解決方案是采用0.1?F電容對每路輸出進行交流耦合。然而，這樣需要一個直流平衡串行器，例如MAX9209、MAX9217或MAX9247。也可以使用非直流平衡器件，但系統(tǒng)設計必須保證所需偏壓由外部提供，而這通常不可行。最后，在串行器輸出接出PCB之前，輸出端往往連接一個共模扼流圈。這對串行器套件之外的共模噪聲抑制有一定保護作用。當然，共模扼流圈的作用很有限，當插入損耗（標稱為1dB）影響到鏈路的可靠性時，則不應使用。
關于解串器的建議
類似于串行器，設計工程師也需要遵循一些基本的概念和原則抑制解串器的EMI輻射。為避免解串器受EMC干擾，需要掌握一些基本要素，因為解串器易受EMC影響，同時也產生EMI輻射。
在解串器輸入端，靠近差分信號接入PCB的位置，往往放置共模扼流圈。共模扼流圈有助于減小共模噪聲的拾取，共模扼流圈在系統(tǒng)選定的工作頻率下必須具有較低的差分插入損耗。解串器輸入需要具有阻抗固定的平衡傳輸線對。大多數(shù)解串器針對100Ω阻抗進行優(yōu)化，如果設計中存在不可更改因素，接近該范圍的其它阻值也可以接受。
如果解串器輸入需要交流耦合，可在共模扼流圈之后進行隔直流。同樣，這些電容只能用于直流平衡解串器，例如MAX9236和MAX9248。差分對需要短接到100Ω差分阻抗，盡量靠近接收器側IC放置。差分阻抗保持在100Ω時，必須保持很低的共模阻抗?？梢允褂肨hevenin端接系統(tǒng)，或者將與中間節(jié)點串聯(lián)的一對50Ω電阻旁路至地，兩種連接方法如圖2所示。對于EMI/EMC測試來說，最好采用一對50Ω電阻，因為：
●它允許IC設置自身的直流偏置；
●它不向終端注入VCC噪聲；
●它不消耗功率。
圖2. 正確的LVDS端接方法（左：Thevenin配置；右：串聯(lián)50Ω電阻配置）
連接器和線束
SerDes系統(tǒng)中使用的連接器和電纜是系統(tǒng)的關鍵部件，對EMI和EMC測試的影響非常顯著。汽車應用領域的普遍做法是：規(guī)定鏈路兩端的PCB插座和電纜連接器由同一制造商提供。連接器必須保持固定阻抗，并提供屏蔽接口，以優(yōu)化性能。此外，必須使用單極插入或正極性鎖連接器，確?？煽啃浴?/p>
電纜也必須具有固定阻抗，線束要求嚴格屏蔽以防輻射。如果使用多線對電纜，每對電纜都需要單獨屏蔽。對于汽車SerDes，一般CAT5電纜即可滿需要求。
有許多制造商提供連接器和電纜系統(tǒng)，建議使用Rosenberger、JAE或Hirose產品。
有些系統(tǒng)中，連接器的屏蔽僅在鏈路一端接地，另一端則通過電容（典型為0.1?F）接地。這種耦合有助于避免地電位在電纜屏蔽層產生直流電流。
其它EMI源
SerDes視頻鏈路的另一個EMI源為解串器輸出。這些輸出為CMOS邏輯電平，相對為高速沿。如果CMOS邏輯輸出屏蔽不當，也會引起EMI輻射。減小來自于LCD面板邏輯信號的最好辦法是采用具有擴頻技術的解串器，例如MAX9242、MAX9244、MAX9246、MAX9248或MAX9250。這些解串器提供各種工作模式、數(shù)據(jù)寬度和工作頻率，以滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求。
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