本文檔是基于對高速信號和電源開關的電磁干擾的實際觀察編寫的，這些干擾可能導致認證過程中的失敗。產品中使用的組件的布局和原理圖設計建議可能在數據表中提供，但實際觀察和解決方案可能會有所不同。

本文檔涵蓋 HDMI、MIPI CSI、MIPI DSI 和以太網等高速信號。9 kHz 以上頻率范圍內的輻射應在認證標準規定的限制范圍內。來自設備的輻射通常是 PCB 上高頻時鐘的多個諧波。與差分時鐘相比，單端時鐘輻射更多，因為單端信號的電壓電平和功率更高。強烈建議在任何高速單端時鐘的源端使用系列 0 歐姆電阻器。

在認證過程中，增加串聯電阻值有助于控制時鐘中存在的過沖和下沖，這是輻射的主要原因。增加串聯電阻的值有助于減少過沖和下沖。串聯終端電阻的最大值可以通過接收器的建立和保持時間違規來確定。還建議盡可能不要使用重復頻率。

例如，如果將兩個開關部件用作電源穩壓器，則確保兩者的開關頻率不同，因為輻射總和會超過輻射的禁止限制。時鐘信號的較長長度導致輻射功率增加。例如，較長的 HDMI 電纜將充當天線，因此這種情況下 HDMI 接口的輻射會更高。

布局在輻射中起著重要作用。確保時鐘信號的設計滿足特性阻抗要求，并在時鐘走線周圍提供連續接地，以避免阻抗失配。非常準確地遵循芯片制造商的布局指南，并確保制造商從輻射角度審查特定部分的原理圖和布局。芯片制造商可能會根據他們在與芯片相關的認證失敗方面的經驗提出一些建議來添加到新設計中。

1. HDMI（高清多媒體接口）

HDMI 接口導致的 EMI 故障在嵌入式產品中最為常見。HDMI 輻射出現在 148.5MHz、297MHz、445.5MHz、594MHz、742.5MHz 和 891MHz 的基波上，通常高達五次諧波。

如果未經認證，輻射源可能來自 HDMI 電纜、PCB 設計或顯示器本身。共模扼流圈和終端電阻/電容有助于消除 PCB 的輻射，但常見的錯誤發生在 HDMI 電纜選擇上。來自不同制造商的不同電纜提供不同級別的發射，即使它們被屏蔽。因此，從 Molex 或 TE 等值得信賴的供應商處選擇電纜非常重要。當然選擇的電纜應該是屏蔽的并且有內置的鐵氧體磁芯。建議攜帶 3-4 根不同的電纜（來自不同的品牌）進行預掃描，以驗證每根電纜的性能。

以下技術有助于減少 HDMI 信號的輻射：

- 共模扼流圈應選擇截止頻率高于基頻5-6倍。在 148.5MHz 的情況下，1GHz 以上的截止頻率應該是理想的。

- 從一層傳遞到另一層的差分信號應確保接地過孔位于信號附近，以減少環路電感。

- 在 HDI PCB 的情況下，接地過孔應作為信號向下傳輸，以最短路徑流回源。

- 金屬外殼應利用良好的接地方案，電纜屏蔽層與外殼適當端接，使用屏蔽連接器以減少干擾。

- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用拼接電容器。

- 其他一般準則，如長度匹配（10mil 對內和 100mil 對間）、阻抗匹配（100 歐姆）、實心參考平面、微帶布線、較少數量的過孔、45 度彎曲是最佳實踐。

2. MIPI DSI and CSI（移動行業處理器接口）

MIPI 信號 （CSI/DSI） 是專門為移動行業設計的，因此它們是非常低功率的差分信號，并且不太可能輻射。MIPI 信號時鐘因分辨率參數而異。

傳輸 MIPI 信號的 FPC 電纜可能會產生輻射。在定制電纜的情況下，我們在兩側添加屏蔽或接地可以立即提供幫助，但它可能會影響電纜的柔韌性。最好的方法是使用直接圖層上的陰影地面作為參考地面。具有更高帶寬的偏心共模扼流圈將有助于消除 PCB 中的共模噪聲。MIPI 信號對于 D-PHY 具有 80Mbps-2.5Gbps 的數據速率，對于 C-PHY 具有 183Mbps -5.7Gbps 的數據速率。因此，提供一個保護環以及與其他信號至少 40 mil 的隔離是非常重要的。

以下技術有助于減少 MIPI 信號的輻射：

- 為 D-PHY 選擇截止頻率超過 2GHz 的共模扼流圈。C-PHY 可使用特殊濾波器來傳遞三重奏信號。

- 從一層傳遞到另一層的差分信號應確保接地過孔位于信號附近，以減少環路電感。

- 在 HDI PCB 的情況下，接地過孔應作為信號向下傳輸，以最短路徑流回源。

- 對于 FPC 上的 EMI 薄膜，確保薄膜的末端連接到 FPC 上裸露的信號地。

- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用拼接電容器。

- 其他一般準則，如長度匹配（線對內 25 密耳和線對間 55 密耳）、阻抗匹配（少數情況下為 100 歐姆/85 歐姆）、實心參考平面、微帶布線、較少數量的過孔、 45 度彎曲是遵循的最佳做法。

3.以太網

以太網信號上的輻射與雙絞線電纜的長度成正比。屏蔽 CAT5 電纜和電纜上的鐵氧體磁芯將有助于減少干擾。

當電纜上存在的共模噪聲通過機箱接地返回噪聲時，差分 MDI 信號會輻射。

來自單端 MII 和電源部分的噪聲會通過機箱接地耦合到雙絞線，從而產生不需要的輻射。

以下技術有助于減少以太網信號的輻射：

- 以太網電纜上的鐵氧體磁芯可以降低 EMI。在認證過程中保留不同類型的 CAT5 電纜。

- MDI 信號應與 MII 信號良好隔離（至少相隔 40 密耳）。

- 保持單端 MII 信號的最小長度。

- 空隙應保持在所有層的磁性元件下方。

- MDI 和 MII 信號從一層傳遞到另一層應確保接地通孔位于信號附近，以減少環路電感。

- 在 HDI PCB 的情況下，接地過孔應作為信號向下傳輸，以最短路徑流回源。

- 金屬外殼應利用良好的接地方案，電纜屏蔽層使用屏蔽 RJ 45 連接器與外殼適當端接，以減少干擾。

- 在具有不同電位（接地和電源）的參考平面的情況下，建議使用拼接電容器。

- 其他一般準則，如長度匹配（10mil 對內和 100mil 對間）、阻抗匹配（100 歐姆）、實心參考平面、微帶布線、較少數量的過孔、45 度彎曲是最佳實踐。

4. DC-DC電源產生

對于高速 PCB 設計，嘈雜的電源是 EMI-EMC 輻射的主要貢獻者之一。穩定且噪聲較小的電源肯定有助于降低 EMI。

用于高速接口的處理器、內存和橋接芯片在非常低的電壓下工作。在設計中選擇 DC-DC 開關穩壓器以獲得高輸出電流和效率。但是這些開關產生的開關頻率、紋波（過沖和下沖）噪聲會導致輻射。地面中噪聲信號的耦合會增加輻射，因為地面將與電纜一起傳播，電纜可以充當高頻噪聲的天線。

如果系統實際功耗較高（》10W）且產品涉及較長的電纜，則建議在輸入直流電源處使用共模扼流圈和 LC 濾波。在線計算器可用于計算需要衰減輻射功率的特定頻率的 L 和 C 值。如果空間沒有限制，電感值越高越好。

通常，在開關頻率的過沖和下沖處觀察到的高頻（振鈴）更容易輻射。

緩沖器調整將有助于減少這種過沖和下沖功率。使用更大的封裝或高額定功率的電阻器，因為高頻噪聲會被繞過，而較小的封裝可能會增加 PCB 的溫度。緩沖電路應安裝在電感的開關節點處。

高速 PCB 設計的注意事項

·表面貼裝部分應優先于通孔部分。像電容器這樣的通孔部件在 80MHz 以上時會變得更具電感性，這可能會導致更高頻率的輻射/分類問題。

· 保持高速信號走線盡可能小，并盡可能提供接地以減少環路電感。

· 盡量避免堆疊中的相鄰信號層或使用正交布線來減少電容耦合。

· 將去耦電容放置在非常靠近 IC 引腳的位置。這將有助于在電源和接地之間更快地切換。

· 信號采用星形布線，電源采用單點布線。

· 在電源輸出上使用鐵氧體磁珠。在鐵氧體磁珠周圍放置電容器將充當高頻噪聲的低通濾波器。

· 在每個》1MHz 的時鐘輸出上保持0E 系列終端電阻。這將有助于在出現干擾問題時進行調整。

· 對于晶體，請根據數據表選擇一個考慮負載和雜散電容的并聯電容器。它們是基本的輻射源，因此請遵循 IC 對晶體布線的建議。此外，盡量將晶體/振蕩器保持在 PCB 的中心，而不是邊緣。

· PCB 邊緣的走線不應以 90 度角走線。

· 保留射頻部分的屏蔽設置。FCC（對于模塊化認證）是強制性的。

· 高頻方波由多個高頻正弦波組成。因此，請確保此類關鍵信號的周圍應有適當的接地。

· 確保連續接地層的過孔不應形成與非常薄的銅區域連接的島。這可以增加信號的接地返回路徑。

· FR4 材料最好具有《5Gbps 時鐘速度和低成本。對于高于 5Gbps 的數據，請使用 Nelco、Megatron、Rogers 等其他材料。

· 其他信號與高速信號之間保持 》3W 間距

· 與接地層相比，電源層應位于 PCB 邊緣內。根據經驗法則，最好選擇 20H。（H=層間介電厚度）

概括

本文檔基于對高速 PCB 設計中 EMI 降低的實際觀察。EMI 預防措施對認證非常有幫助。高速接口的輻射因設計而異，因此建議在設計中使用有助于在認證過程中進行調整的規定。

本文檔涵蓋了 PCB 上常用的高速信號的預防措施。幾乎所有產品都觀察到 HDMI 接口導致的 EMI 問題。串聯、并聯端接、扼流圈對減少輻射沒有多大幫助。HDMI 電纜和 HDMI 顯示器的變化會改變輻射功率。長電纜將充當高速接口的天線，因此如果產品連接了多條長電纜（例如，汽車產品），則需要采取許多預防措施。

作者：Kinjan Patel ，Divyesh Patel

審核編輯：郭婷