SI与EMI（一）

原创：一博科技

Mark为期两天的EMC培训中大概分成四个时间差不多的部分，简单来说分别是SI、PI、回流、屏蔽。而在信号完整性的书籍中，也会把信号完整性分为：1.信号自身传输的问题（反射，损耗）；2.信号与信号之间的问题（串扰）；3.电源问题；4.EMC问题。看来EMC跟SI重叠度很高啊，确实做久了之后，发现其实他们都是在解决一个电磁场往哪儿去的问题，解决的思路与手段都有非常大的相似性。

 

在PCB板上的电磁场，更多的还是储存在电容电感中，任何一个导体都是电感，而任何两个导体的组合都是电容。储存在信号路径与回流路径之中的电磁场是我们的有效信号，储存在信号路径与其他路径之间的是我们的串扰，还有一部分能量会散逸出去（可以理解为跑去信号路径与PCB板外的金属所构成的电容中了），这一部分能量就是我们的EMI能量。

 

而电磁场也是有惰性的，哪里电容大它就呆在那里，哪里阻抗小它就往哪去，哪里的互感大就会分到更多的能量。信号发送出来，其总能量可以认为是一定的，信号路径与回流路径之间分到的能量变多了，串扰和EMI也就变小了。

下面看看我们反射是怎样影响EMI的。

 

如大家平时看到的图片一样，反射会让信号产生振铃：

 

 

（图一）

大家平时通常说这个波形的信号质量不好，但其实这样的信号的EMI也更严重，反射的过冲使得dI/dt变得更大了，有振铃信号的频谱如下图中红色所示：

 
（图二）

信号传输的物理结构没有变化，信号某一些频率的幅度变强了，辐射的能量自然也就变强了。

 

可能有的朋友会问了：不是说好了能量守恒吗？这些莫名其妙多出来的能量是从哪里来的？

 

其实只是反射之后某一部分的电磁场在时间和空间上进行了叠加，看起来增加了而已。

 

事实上，小陈同学确实有通过加匹配电阻成功的解决了一个医疗仪器项目EMI超标的问题，在源端加上一个50欧姆的匹配电阻之后，信号从红色波形变成了蓝色的波形：

（图三）

可以看到，信号整体的频谱分量明显变小了。

 

而且这样的串阻除了匹配阻抗消除反射，减小电磁场在某些地方的叠加，达到减小EMI能量之外，还可以从另一个方面去减小EMI能量，可以看到图三中低频的谐波也有较明显的改善，而图二中则没有。