符合EMI/EMC标准的SerDes――基本测试策略和指南

摘要：电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）测试是汽车应用领域中串行器/解串器（SerDes）设计必须验证的参数，需要在设计之初谨慎考虑EMI和EMC问题，避免不必要的设计修改。以下应用笔记详细介绍了如何在SerDes系统中测试EMI/EMC的基本概念和技术指南。

　　引言

　　LCD视频显示屏在汽车领域的应用越来越普遍，坚固的设计、小巧的尺寸及低廉的成本使其非常适合安全、导航及信息娱乐系统。LCD显示屏是数字装置，每个像素为离散的数字值。由于驱动这些显示屏的媒体/图像信号源通常也为数字格式，因此，数字链路是连接视频信号源和显示屏最简单、性能最高的方式。视频链路的数字通道必须具有足够的带宽，例如640 x 480像素的彩色显示屏工作于30fps （帧/秒）。如果每个像素的红、绿、蓝信号仅有6位分辨率，对应的数据率则为640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps。实际传输速率必须略高一些，因为正常工作需要消隐时间。许多显示屏具有更多像素和/或更高的像素分辨率，从而使码率大大提升。串行器/解串器（SerDes）器件接收并行数字数据，然后对其进行串行转换，以便传输。有些器件，例如MAX9209串行器，保持红、绿和蓝数据通道分离，三原色中的每种颜色为一个独立的串行通道，另外还提供时钟第4个通道。其它器件，例如MAX9247串行器，则将这些数据组合为单个串行通道，采用嵌入式时钟信号。这两种方法都会明显提高传输基频。尽管频率增大会产生问题，但是为串行转换后的信号提供具有适当屏蔽和阻抗匹配的传输介质相对比较容易。

　　EMI测试

　　汽车应用中必须进行EMI测试，确保处于工作状态的系统不会干扰到周围其他系统。针对空间辐射和传导干扰进行测试。空间辐射的测试主要使用天线，检测系统通过自由空间向其他系统辐射的能力。设计不合理的SerDes系统无法满足EMI技术指标。相比之下，传导干扰测试主要采用系统电源线上的电压和电流探头完成。由于SerDes系统很少直接连接到电源线，所以很少考虑传导干扰。

　　EMC测试

　　与EMI测试类似，汽车应用领域通过EMC测试确保系统不会被周围其他系统干扰。由于新型汽车车体内部存在大量电子系统，所有这些系统都存在电流、电阻并且工作频率占据很宽的频谱，因此很有必要进行这项测试。EMC测试采用大电流注入（BCI），对被测系统来说是个难题。尽管BCI测试规范和方法依汽车厂商的不同而异，但通常涉及到频率从几MHz到1GHz较强的外部电磁场。

　　像素时钟频率选择

　　正确选择像素时钟对EMI具有明显影响，SerDes视频链路类似于其它高速数字器件，会产生时钟频率整数倍的谐波辐射，由此检测其EMI。汽车应用领域，EMI辐射限制随频率变化。许多汽车制造商都在特定频带内规定了相当严格的限制。例如，433MHz是用于无线门禁（RKE）的频率，往往是EMI规范中最严格的频段。对于像素时钟频率为33MHz的系统，其13次谐波位于429MHz，这会严重干扰433MHz RKE频带。选择稍低的32.7MHz频率，可以将13次谐波移到425MHz，形成更宽松的频率裕量。

　　SerDes PCB EMI/EMC测试的通用特点

　　●良好的接地对所有IC都是非常重要的设计准则，对于SerDes系统尤其重要。所有接地引脚必须具有低阻，并连接到稳定的接地区域。不建议将PCB分为多个区域。PCB元件层的覆铜区域，以及紧邻下方采用连续覆铜区，这些都是常规准则。使最上层的覆铜远离阻抗匹配地走线，最好保留至少3倍于差分对布线的间距。

　　●考虑每个接地点都采用了多个过孔，过孔的寄生电感是造成非理想特性的关键。采用多个过孔有助于减小电感，从而提高性能。

　　●对IC的电源端进行旁路非常重要，特别是对于SerDes系统。类似于接地的考虑，电源引脚从电源侧看必须具有低交流阻抗，尤其是低压差分信号（LVDS）线路、I/O电源引脚以及用于锁相环（PLL）电路的电源引脚。建议每个引脚连接两个旁路电容，这两个电容通常相差10倍至100倍（例如0.1?F和1nF）。最小电容应距离需要去耦/旁路的电源引脚最近。

　　●可以考虑在SerDes系统的电源引脚使用磁珠，特别是LVDS线路、I/O电源引脚和PLL电源引脚，当然，这一点适用于所有电源引脚。磁珠有助于减小高频能量的输入和输出，选择峰值阻抗为100Ω至600Ω、额定值至少为100mA的磁珠。