高速PCB的SI/EMI问题将不再恼人

　　高速高密度多层PCB板的SI/EMC（讯号完整性/电磁兼容）问题长久以来一直是设计者所面对的最大挑战。然而，随着主流的MCU、DSP和处理器大多工作在100MHz以上（有些甚至工作于GHz级以上），以及越来越多的高速I/O埠和RF前端也都工作在GHz级以上，再加上应用系统的小型化趋势导致的PCB空间缩小问题，使得目前的高速高密度PCB板设计已经变得越来越普遍。许多产业分析师指出，在进入21世纪以后，80%以上的多层PCB设计都将会针对高速电路。
　　高速讯号会导致PCB板上的长互连走线产生传输线效应，它使得PCB设计者必须考虑传输线的延迟和阻抗搭配问题，因为接收端和驱动端的阻抗不搭配都会在传输在线产生反射讯号，而严重影响到讯号的完整性。另一方面，高密度PCB板上的高速讯号或频率走线则会对间距越来越小的相邻走线产生很难准确量化的串扰与EMC问题。SI和EMC的问题将会导致PCB设计过程的反复，而使得产品的开发周期一再延误。
　　一般来说，高速高密度PCB需要复杂的阻抗受控布线策略才能确保电路正常工作。随着新型组件的电压越来越低、PCB板密度越来越大、边缘转换速率越来越快，以及开发周期越来越短，SI/EMC挑战便日趋严峻。为了达到这个挑战的要求，目前的PCB设计者必须采用新的方法来确保其PCB设计的可行性与可制造性。过去的传统设计规则已经无法满足今日的时序和讯号完整性要求，而必须采取包含仿真功能的新款工具才足以确保设计成功。
　　目前业界适用于解决这类SI/EMC问题的主要PCB设计工具有Cadence的Allegro PCB SI 230/630和EMControl、明导国际的HyperLynx和Quiet Expert、图研（Zuken）的Hot-Stage和EMC Adviser，以及Altium的PCB Designer和P-CAD。 Cadence的Allegro PCB SI 230/630提供了一种弹性化且整合的解决方案，它是一种完整的SI/PI（功率完整性）/EMI问题的协同解决方案，适用于高速PCB设计周期的每个阶段，并解决与电气性能相关的问题。
　　是系统中主要的辐射源，因此，控制系统中所有PCB的EMI辐射，以提高系统抗干扰的能力是确保产品通过EMC测试的最好方法。具体来说，PCB上的EMI问题是由多种噪声源引起的，如讯号噪音（反射和串扰）、电源/接地噪音与天线等。为了有效减少PCB上的EMI，这些讯号的电源/接地噪音，以及天线噪声源都必须加以考虑。由于讯号噪声源是SI问题、电源/接地噪声源是PI问题，因此EMC问题的解决最终则须依靠正确的SI、PI和EMI设计，而不仅是考虑EMC的问题。Cadence亚太区高速技术中心技术顾问钟章民表示。 他接着说：“在设计中就透过模拟和限制过程来解决SI和PI问题，便可以实际控制EMI问题的根源，不但减少了后期由SI/PI/EMI问题而纠错的周期，也降低了产品无法通过EMC测试的风险。”
　　不同的实际设计具有不同的EMC特定要求，这可以透过EMC工程师所建置的规则来实现。这些限制条件有些可在Allegro中的规则管理器中设置，有些不能或实时检查的耗时条件规则需要进行后期检查。手动进行这种检查是一件非常费时费力的事情，为此Cadence发布了EMControl工具，它提供了自动大量处理检查这些EMI/SI/PI规则，并进行交互式设计的方法，使客户可以在此平台上开发适合自己的各种规则。
　　市场上现有的一些EMC工具可以帮助工程师解决一些EMI的问题，然而，却没有一种工具可完全准确地模拟EMI效果的工具。目前市场上的EMI模拟工具既费时费力、成本高昂，也无法从根本上解决系统的EMC问题。如果PCB设计者可真正将EMC问题放到设计阶段来考虑，那么不仅可以获得更好的EMC设计效果，而且可以降低设计成本，因而大幅提高了产品通过EMC测试的机会。