電磁干擾 （EMI） 和電磁兼容性 （EMC） 測(cè)試是汽車應(yīng)用中串行器/解串器 （SerDes） 器件設(shè)計(jì)驗(yàn)證的重要組成部分。EMI和EMC必須在設(shè)計(jì)周期的早期考慮，以防止不必要的設(shè)計(jì)修改。以下應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了有關(guān)如何準(zhǔn)備SerDes系統(tǒng)進(jìn)行EMI/EMC測(cè)試的有用基本概念和指南。

介紹

LCD視頻顯示器在汽車應(yīng)用中變得越來(lái)越普遍。堅(jiān)固的設(shè)計(jì)、小尺寸和低成本使其成為安全、導(dǎo)航和信息娛樂(lè)系統(tǒng)的理想選擇。LCD 顯示器是數(shù)字的，每個(gè)像素都使用離散的數(shù)字值運(yùn)行。由于驅(qū)動(dòng)這些顯示器的媒體/圖形源通常也是數(shù)字的，因此數(shù)字鏈路是將視頻源與顯示器連接的最簡(jiǎn)單和最高性能的方法。此視頻鏈路的數(shù)字通道必須提供高帶寬。例如，640 x 480 像素的彩色顯示器以 30fps（每秒幀數(shù)）的速度運(yùn)行。每個(gè)紅色、綠色和藍(lán)色像素只有 6 位分辨率，相應(yīng)的數(shù)據(jù)速率為 640 x 480 x 30 x 18 = 166Mbps。實(shí)際傳輸速度必須快一點(diǎn)，因?yàn)檎＿\(yùn)行需要消隱時(shí)間。許多顯示器具有更多的像素和/或每比特更多的像素，從而迅速提高此比特率。然后，串行器/解串器（SerDes）芯片組獲取并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并將其串行化以進(jìn)行傳輸。有些器件，如MAX9209串行器，將紅色、綠色和藍(lán)色數(shù)據(jù)分開(kāi)，導(dǎo)致三種原色各有一個(gè)串行通道，時(shí)鐘各有一個(gè)通道。其它器件，如MAX9247串行器，將這些數(shù)據(jù)組合成一個(gè)串行通道，并帶有嵌入式時(shí)鐘信號(hào)。這兩種方法都顯著提高了傳輸?shù)幕l。雖然頻率的增加會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，但很容易為串行信號(hào)提供適當(dāng)?shù)钠帘魏妥杩蛊ヅ涞膫鬏斀橘|(zhì)。

電磁干擾測(cè)試

EMI測(cè)試在汽車應(yīng)用中是必要的，以確保選定的系統(tǒng)不會(huì)損壞它們周圍的其他系統(tǒng)。對(duì)輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射進(jìn)行測(cè)試。輻射發(fā)射測(cè)試主要利用天線并檢查系統(tǒng)通過(guò)自由空間輻射到其他系統(tǒng)的能力。設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)腟erDes系統(tǒng)可能無(wú)法滿足EMI規(guī)范。相比之下，傳導(dǎo)輻射測(cè)試主要使用系統(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，因此傳導(dǎo)輻射很少成為問(wèn)題。

電磁兼容測(cè)試

與EMI測(cè)試類似，汽車應(yīng)用中的EMC測(cè)試是為了確保系統(tǒng)不會(huì)被其他外圍系統(tǒng)損壞。由于當(dāng)今汽車中有大量的電子系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都具有寬頻譜的電流、阻抗和工作頻率，這一點(diǎn)非常重要。用于EMC測(cè)試的大電流注入（BCI）對(duì)被測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)特別粗糙。盡管BCI測(cè)試規(guī)范和方法因汽車制造商而異，但它們通常涉及從幾MHz到1GHz頻率的強(qiáng)大外部場(chǎng)。

像素時(shí)鐘頻率選擇

正確的像素時(shí)鐘選擇會(huì)對(duì)EMI產(chǎn)生重大影響。與任何高速數(shù)字設(shè)備一樣，SerDes視頻鏈路在時(shí)鐘頻率的整數(shù)諧波下輻射可檢測(cè)的EMI水平。在汽車應(yīng)用中，EMI輻射的極限隨頻率而變化。許多汽車制造商在特定頻段上規(guī)定了相當(dāng)嚴(yán)格的限制。例如，433MHz是用于遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入（RKE）的頻率，通常是EMI規(guī)范中最嚴(yán)格的區(qū)域之一。考慮到像素時(shí)鐘頻率為33MHz的系統(tǒng)，13次諧波位于429MHz，這可能會(huì)導(dǎo)致433MHz RKE頻段的干擾。選擇略低的32.7MHz頻率可將13次諧波移至425MHz，從而產(chǎn)生更舒適的頻率裕量。

線路板電磁干擾/電磁兼容測(cè)試的常用要素

將任何IC接地都是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)實(shí)踐。然而，對(duì)于SerDes系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它是至關(guān)重要的。所有接地引腳必須具有低阻抗，并連接到實(shí)心接地層。不建議將PCB分成多個(gè)平面。PCB元件側(cè)的銅澆注平面，加上緊靠下方的連續(xù)銅平面，是標(biāo)準(zhǔn)做法。使頂部銅澆注遠(yuǎn)離匹配的阻抗走線。保持差分對(duì)的走線到走線間距至少 3 倍是一種好方法。

考慮每個(gè)接地連接使用多個(gè)過(guò)孔。過(guò)孔的寄生電感是導(dǎo)致非理想行為的重要因素。接地過(guò)孔加倍可降低電感，從而提高性能。

繞過(guò)任何 IC 通常都很重要，但對(duì)于 SerDes 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)非常重要。與接地建議類似，電源引腳必須看到來(lái)自電源的低交流阻抗。對(duì)于低壓差分信號(hào) （LVDS） 線路、I/O 電源引腳和用于鎖相環(huán) （PLL） 電路的電源引腳尤其如此。建議每個(gè)引腳使用兩個(gè)旁路電容。這兩個(gè)電容器的值通常相差 10 倍至 100 倍（例如，0.1μF 和 1nF）。最小的電容應(yīng)最靠近它必須去耦/旁路的電源引腳。

考慮在SerDes系統(tǒng)的電源引腳上使用鐵氧體磁珠。同樣，這對(duì)于LVDS線路、I/O電源引腳和PLL電源引腳特別實(shí)用，但這可以應(yīng)用于任何電源引腳。鐵氧體磁珠可減少高頻能量的進(jìn)出。選擇峰值阻抗為100Ω至600Ω且額定電流至少為100mA的鐵氧體磁珠。

圖1所示為使用MAX9247串行器的PCB布局特寫。感興趣的組件是FB4，C6和C5，它們排列在一列中，其絲網(wǎng)印刷參考標(biāo)志位于相應(yīng)組件輪廓的右側(cè)。圖1底部是MAX9247的一角。FB4的右側(cè)端子通過(guò)過(guò)孔連接到嵌入式接地層。FB4的左端向下連接C6和C5，然后連接到MAX9247的引腳27，即串行器的V中聯(lián)會(huì)電源節(jié)點(diǎn)。請(qǐng)注意，連接FB4、C5和C6的走線保持寬，以實(shí)現(xiàn)較低的電感。為了滿足MAX9247的引腳間距，該走線變窄，因此在C5和MAX9247之間使用一個(gè)小的銅多邊形，以保持走線盡可能寬，但又盡可能靠近串行器。此外，C5和C6的接地表明每個(gè)電容器都有自己的接地層通孔（每個(gè)組件的右側(cè)）。頂部銅層充斥著地，提供從C6和C5到MAX9247引腳26的直接低電感路徑，引腳26是串行器的PLLGND。

特定于序列化程序的建議

防止串行器輻射EMI需要一些基本概念。通常，串行器對(duì)EMC測(cè)試不是特別敏感;但是，其輸出需要具有恒定阻抗的平衡傳輸對(duì)。大多數(shù)串行器IC針對(duì)100Ω阻抗進(jìn)行了優(yōu)化。如果由設(shè)計(jì)中的不可更改元素決定，則接近此范圍的其他值是可以接受的。如果串行器輸出離開(kāi)盒子并進(jìn)入汽車的線束，則這些輸出必須承受電池短路。最簡(jiǎn)單的解決方案是用一個(gè) 0.1μF 電容器對(duì)每個(gè)輸出進(jìn)行交流耦合。然而，為此，需要直流平衡串行器，如MAX9209、MAX9217或MAX9247。也可以使用非直流平衡器件，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須確保從外部提供所需的偏置電壓，這通常不是一種實(shí)用的方法。最后，串行器輸出端通常在串行器離開(kāi)PCB之前包含一個(gè)共模扼流圈。這提供了一定的保護(hù)，防止串流器組件發(fā)出的共模噪聲。然而，共模扼流圈通常只能提供非常小的改進(jìn)，并且不應(yīng)在其插入損耗（標(biāo)稱值為1dB）可能損害鏈路可靠性的情況下使用。

圖1.推薦MAX9247串行器的旁路和接地細(xì)節(jié)。

特定于反序列化程序的建議

與串行器一樣，防止解串器輻射EMI需要測(cè)試/設(shè)計(jì)工程師遵循一些基本概念和指南。保護(hù)解串器組件免受EMC事件的影響還需要審查一些基本概念，因?yàn)榻獯骺赡苋菀资艿紼MC的影響，并且還可能輻射EMI。

共模扼流圈通常包含在解串器的輸入端，靠近差分信號(hào)進(jìn)入PCB的位置。共模扼流圈有助于最大限度地減少共模噪聲的拾取。共模扼流圈在系統(tǒng)選擇的工作頻率下必須具有低差分插入損耗。解串器輸入需要具有恒定阻抗的平衡傳輸對(duì)。大多數(shù)解串器器件針對(duì)100Ω阻抗進(jìn)行了優(yōu)化，但如果由設(shè)計(jì)中的不可更改元件決定，則接近此范圍的其他值是可以接受的。

如果解串器輸入需要交流耦合，則可以在共模扼流圈之后完成。同樣，這些電容僅用于直流平衡解串器，如MAX9236和MAX9248。差分對(duì)要求端接到盡可能靠近接收器側(cè)IC的100Ω差分阻抗。雖然差分阻抗保持在100Ω，但共模阻抗也必須保持較低水平。可以使用戴維南端接系統(tǒng)，也可以使用一對(duì)50Ω電阻與中間節(jié)點(diǎn)串聯(lián)到地。這兩種方法如圖 2 所示。使用一對(duì)50Ω電阻是EMI/EMC測(cè)試的首選方法，因?yàn)椋?/p>

它允許IC設(shè)置自己的直流偏置，

它不注入 V抄送噪聲進(jìn)入終端，以及

它不消耗任何功率。

圖2.正確LVDS端接的方法（左：戴維寧配置;右：串行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被認(rèn)為是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它們對(duì)EMI和EMC測(cè)試的影響是巨大的。汽車應(yīng)用中的常見(jiàn)做法是，PCB插座和電纜連接器通常來(lái)自鏈路兩側(cè)的單一制造商。連接器必須保持恒定的阻抗，并提供屏蔽接口以優(yōu)化性能。此外，它們必須只允許單個(gè)插入極性和正向鎖定，以保證可制造性和可靠性。

電纜也必須提供恒定的阻抗，其線束需要重屏蔽以防止輻射。如果使用多對(duì)電纜，則每對(duì)電纜都需要單獨(dú)的屏蔽。無(wú)處不在的 CAT5 電纜通常不足以用于汽車 SerDes。

許多制造商都提供連接器和電纜系統(tǒng)。

在某些系統(tǒng)中，連接器的屏蔽僅在鏈路的一側(cè)接地，另一側(cè)通過(guò)電容器（通常為0.1μF）接地。這種耦合可防止由于接地電位的差異而導(dǎo)致電纜屏蔽層中的直流電流流動(dòng)。

其他電磁干擾源

SerDes視頻鏈路中的另一個(gè)EMI源是解串器的輸出。這些輸出是具有相對(duì)高速邊沿的CMOS邏輯電平。如果CMOS邏輯輸出未正確屏蔽，它們也會(huì)引起EMI輻射。降低LCD面板邏輯信號(hào)EMI的好方法是使用采用擴(kuò)頻技術(shù)的解串器，如MAX9242、MAX9244、MAX9246、MAX9248或MAX9250。 這些解串器提供多種工作模式、數(shù)據(jù)寬度和工作頻率，以滿足大多數(shù)系統(tǒng)要求。

審核編輯：郭婷