阻抗對(duì)輻射發(fā)射問(wèn)題的影響分析
影響高速差分信號(hào)輻射發(fā)射因素之阻抗設(shè)計(jì)
1、阻抗對(duì)高速差分信號(hào)輻射發(fā)射影響的深入分析
阻抗對(duì)高速差分信號(hào)輻射發(fā)射的影響分析：
信號(hào)從SOURCE端傳輸?shù)絊INK端，兩者之間是通過(guò)高速線纜互聯(lián)，信號(hào)傳輸過(guò)程源端阻抗、線纜阻抗、SINK端阻抗之間完全匹配，信號(hào)無(wú)損耗的由源端傳輸?shù)絊INK端。而實(shí)際上由于源端阻抗、Cable線阻抗、SINK端阻抗不可能完全做到阻抗匹配，主要原因是連接器處阻抗突變、Cable線材阻抗的控制、PCB布線阻抗的控制、器件本身的阻抗設(shè)計(jì)。
在高速差分信號(hào)規(guī)范中明確給出了通用阻抗的設(shè)計(jì)要求即100±15%，以此來(lái)保證信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。從EMC的角度來(lái)說(shuō)，阻抗突變與不匹配就會(huì)產(chǎn)生反射，導(dǎo)致信號(hào)出現(xiàn)過(guò)沖、振鈴，駐波，導(dǎo)致信號(hào)基頻和高次諧波的輻射發(fā)射問(wèn)題。
阻抗與高速差分信號(hào)輻射發(fā)射問(wèn)題的關(guān)系:
特征阻抗?jié)M足100±15Ω標(biāo)準(zhǔn)要求，不意味著高速差分信號(hào)的輻射發(fā)射測(cè)試就能夠順利通過(guò)；相比于特性阻抗，瞬時(shí)阻抗對(duì)高速差分信號(hào)的輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果影響更大。在滿足100±15Ω阻抗標(biāo)準(zhǔn)限值的情況下， 瞬時(shí)阻抗更加平坦（阻抗變化范圍越小越好）則意味著信號(hào)感受到的瞬時(shí)阻抗變化越小，向外空間輻射發(fā)射的能量也相應(yīng)的最小。
阻抗匹配是高速差分信號(hào)輻射發(fā)射通過(guò)的最基本的條件，即必要條件，是非充分條件。阻抗失配對(duì)高速差分信號(hào)輻射發(fā)射測(cè)試結(jié)果肯定有影響。拋開(kāi)源端阻抗、線纜阻抗不談，我們重點(diǎn)談一談SINK端阻抗。
影響阻抗的實(shí)際因素：
前面我們談到影響阻抗的因素是：線寬線距、銅厚、介質(zhì)與介質(zhì)厚度、與參考平面的間距、元件的焊盤(pán)引腳寬度與厚度等。在阻抗設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)以上因素進(jìn)行嚴(yán)格控制，并對(duì)生產(chǎn)制造工藝進(jìn)行控制，方可以做出阻抗精確的PCB布線。
2、阻抗設(shè)計(jì)管控原則
影響阻抗的因素眾多，如何管控阻抗設(shè)計(jì)，成為EMC工程師的必修課之一。
前面我們談到元件的焊盤(pán)或者引腳寬度與厚度是影響阻抗的因素之一，從而
說(shuō)明在高速差分信號(hào)鏈路中應(yīng)盡量使用最少的元件，嚴(yán)格控制阻抗突變點(diǎn)，
阻抗測(cè)試曲線趨于平坦。
另外互接接口的連接器引腳處、BGA芯片的引腳焊盤(pán)、ESD保護(hù)器件的焊盤(pán)處
由于器件標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的原因，可以通過(guò)PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的阻抗優(yōu)化設(shè)計(jì)。
差分信號(hào)的線寬線距、銅厚、介質(zhì)與介質(zhì)厚度在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中需要進(jìn)行嚴(yán)格
的管控，同時(shí)在PCB生產(chǎn)制造工藝中也需要進(jìn)行測(cè)量管控。
多層板設(shè)計(jì)中，跨分隔不僅影響信號(hào)的回流路徑完整性，也影響信號(hào)阻抗，
參考地平面的完整性PCB設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予重點(diǎn)管控。
由于芯片設(shè)計(jì)問(wèn)題、高速差分信號(hào)端子設(shè)計(jì)問(wèn)題，通常其連接處阻抗都會(huì)偏
低，這時(shí)就需要增加電阻做串聯(lián)匹配，若連接處出現(xiàn)阻抗偏大，就需要調(diào)整
焊盤(pán)寬度、引腳布線寬度來(lái)調(diào)節(jié)阻抗。
對(duì)于高速差分信號(hào)設(shè)備之間互連，大部分采用線纜連接的方式，線纜本身的
阻抗設(shè)計(jì)控制，也是影響阻抗匹配的最重要因素之一。由于實(shí)際上線纜生產(chǎn)
制作廠商的參次不齊，線纜成為制約輻射測(cè)試通過(guò)的因素。高速差分信號(hào)
之間采用FFC線材互連，F(xiàn)FC線材的阻抗控制在業(yè)界相對(duì)成熟，主要注意折線
處對(duì)阻抗突變的影響。
3、PCB阻抗設(shè)計(jì)案例：
修改器件PCB封裝優(yōu)化阻抗：
PCB Layout修改前差分信號(hào)阻抗設(shè)計(jì)
PCB Layout修改后差分信號(hào)阻抗設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)案例解析說(shuō)明：
器件焊盤(pán)引腳是阻抗突變最嚴(yán)重的地方，在實(shí)際PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以通過(guò)修改器件引腳焊盤(pán)大小，來(lái)達(dá)到優(yōu)化阻抗設(shè)計(jì)的目的。對(duì)于多層板因?yàn)閰⒖紝娱g距的問(wèn)題，器件下方參考層需要做凈空處理，保證阻抗設(shè)計(jì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
控制線寬變化優(yōu)化阻抗設(shè)計(jì)：
PCB Layout修改前差分信號(hào)阻抗設(shè)計(jì)
PCB Layout修改后差分信號(hào)阻抗設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)案例解析說(shuō)明：
PCB布線線寬的改變，阻抗隨之改變，阻抗變化的劇烈程度與線寬變化成正比。解決因線寬突變?cè)斐傻淖杩雇蛔?，最好的方法就是線寬保持不變；而實(shí)際PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中是無(wú)法達(dá)到的，退而求其次可以采用漸變線的方式解決。
介質(zhì)厚度對(duì)阻抗的影響案例：
撕掉高速差分信號(hào)線上貼紙前阻抗
撕掉高速差分信號(hào)線上貼紙后阻抗
設(shè)計(jì)案例解析說(shuō)明：
介質(zhì)材質(zhì)及厚度也是影響阻抗非常重要的因素之一，由于高速差分信號(hào)布線處平坦、器件較少，PCB設(shè)計(jì)師習(xí)慣將板卡信息貼紙、板卡型號(hào)絲印放置在高速差分信號(hào)布線上，殊不知這樣會(huì)導(dǎo)致高速差分信號(hào)阻抗的不連續(xù)，產(chǎn)生信號(hào)反射及高速差分信號(hào)輻射發(fā)射問(wèn)題。
