2、点对点布线的EMI
EMI代表电磁干扰。开放电流的环路,比如在导线绕接产品中,将会立刻被标上大大的戏色EMI警示。传输快速变化电流的大电流环路会产生瞬变的磁场。来自这些环路的磁场直接辐射到FCC技术人员的检测天线中,他们将拒绝给你的数字产品颁发合格证明。
传输线极大地减少了EMI。它通过限制信号返回电流的流动路径来达到这一目的。对于普通的导线,电流从一个逻辑驱动器的信号线流出,然后以某种方式沿着电源返回。这两个路径之间的距离,或者说它们之间的总环路面积,也许是几个平方英寸。依照FCC测试规程,由此而产生的磁场直接与信号电流环路的总面积成正比。
传输线结构保证了信号返回电流紧贴着信号输出路径。产生的实现电流环路面积非常小,由输出和返回电流路径产生的磁场相互抵消,极大地减少了EMI问题。
参考图4.2,一个印刷电路板上的信号走线位于完整接地平面上方0.005IN处,其电流环路面积比位于接地平而上方0.2IN的开放导线小40倍。对于相同的信号上升时间,这样一个印刷电路板的每条走线辐射的电磁能量比NEWCO原型机的每条导线小32DB。
3、点对点布线中的串扰
如图4.3所示,由于变化磁场的作用而产生串扰。由流经环路A的电流产生的一些磁力线穿过了环路B。因此,环路A中的电流变化改变了由环路B所包围的磁能量。环路B中磁能量的变化感应产生了环路B上的噪声电压,称为串扰。环路A的电流变化与环路B的电压成比例,其比例常数称为环路A和B之间的互感,用符号LM表示。
在调整条件下的导线绕接系统中,患扰是一个主要的问题。让我们来计算NEWCO会有多大的串扰。假设有两个相邻的环路,每个4IN长。0.2IN高,平行间距0.1IN。
可以用上式中的电感值作为传输导线的电感。
H=0.2(距地平面的高度)
S=0.1(两线之间的距离)
L=89NH(一条导线的电感)
其中,LM=两线之间的互感
这一数值与单个网络的自感相当。这就是说,两个网络将会高度地耦合,预计会出现大量的串扰。
串扰计算的下一步是找出驱动环路的最大DI/DT,并乘互感值得到串扰电压值。在此,我们最好的推测是负载电容上接收信号的实际上升时间是3.6NS(这是最大过冲所需的时间)。把这个数值代入到下式:
计算得出串扰为12%(0.46V)
你感到惊讶吗?仅4IN的相邻导线就产生了460MV的串扰。在0.1IN的半径内,一个好的技术人员能轻易地将10或20根导线绑在一起。来自每根导线的串扰会线性地叠加。来自10根邻近导线的串扰将达到50%,足以引起严重的差错。
在构造高速总线时,采用大捆的平行导线从一处连到另一处的做法是很可怕的,技术人员为了能看到清楚写在每个芯片背面的引脚号,他们喜欢把芯片之间的导线归扰到一起,这个习惯使串扰问题更加恶化。直接的对点对点边线,把导线下压,以尽可能地贴近接地平面,比集中或捆绑导线要好得多。
当项目终止的时候,NEWCO放弃了它的原型机,甚至从来没有让它完全运行过来,他们浪费了好几个星期的宝贵设计时间,而且没能在印刷电路布局之前验证设计中的关键问题。