【導讀】當今高速數字接口使用的數據傳輸速率超過許多移動通信設備（如智能手機和平板電腦）的工作頻率。需要對接口進行精心設計，以管理接口產生的本地電磁輻射，避免接口信號受其他本地射頻的干擾。本文探討了管控高速數字接口EMI的若干最重要技術，說明了它們是如何有助于解決EMI問題的。
當今高速數字接口使用的數據傳輸速率超過許多移動通信設備（如智能手機和平板電腦）的工作頻率。需要對接口進行精心設計，以管理接口產生的本地電磁輻射，避免接口信號受其他本地射頻的干擾。本文探討了管控高速數字接口EMI的若干最重要技術，說明了它們是如何有助于解決EMI問題的。
小尺寸且低成本的高速串行（HSS）接口對那些必須要體積小、功耗低、重量輕的移動設備尤為可貴。當移動設備必須與遠程網絡通信時，會發生電磁干擾（EMI），因為現代HSS接口使用的數據速率往往高于移動設備所使用的無線通信頻率。
為實現成功的移動通信產品，這些產品內所有組件必須要各司其職、和平共處。這不僅意味著任何不期望產生的射頻信號必須不干擾任何有意發射的射頻信號，還意味著任何有意的射頻信號必須不干擾任何其它電路的工作。這就是所謂的相互透明原則。任何電路的操作都是透明的——這意味著不干擾到任何其它電路的工作。至關重要的是，規范制定機構必須要特別注意從接口到射頻，以及從射頻到接口的EMI，因為無論接口如何能“獨善其身”，只要它易受干擾或本身發射干擾，整個產品就不會正常工作。MIPI聯盟已經開發出兩種非常關注相互透明度的規范。
電磁科學告訴我們（根據麥克斯韋方程）：電子移動時，一定會產生射頻信號。在設計時，可采用七種主要技術管理EMI，它們是：隔離、信號幅值、偏移范圍、數據速率、信號均衡、壓擺率控制和波形整形。這些技術各有不同功用，接下來我們將逐一討論。
隔離
物理隔離可能是最顯而易見的技術。對射頻信號來說，如果我們能將其“屏蔽”，那它就不會干擾任何其他信號。雖然隔離永遠不會盡善盡美，且在蜂窩或無線局域網頻率，實際的隔離分貝值在20~40dB之間。達到這種水平的隔離對解決EMI問題通常必不可少。因此，仔細測量IC封裝和PCB布局可提供的隔離非常重要。
圖1：用于當代表貼射頻封裝的一個可能的隔離罩。
信號幅度
降低接口信號的幅值肯定會降低EMI，但效果不大。若信號幅值降低一半，EMI僅降低6dB。這可能足以擺脫一個閉鎖問題（close problem），但該方法也同時降低了接收器裕度，并可能導致接口錯誤。基于此，最好是將其作為應對EMI問題的最后手段。
漂移和平衡
漂移是差分信號的兩個分量間的時間偏移。平衡是差分信號兩個分量間的幅度匹配。這兩個參數基本由接口驅動器電路決定，且最好將其一起分析。如圖2所示，當信號平衡在10％以內，與漂移造成的EMI影響比，信號平衡的確切值顯得沒那么重要。這意味著，從EMI的角度看，設計接口驅動電路時，盡量減少漂移遠比致力幅值平衡事半功倍。
圖2：信號平衡和漂移的組對比。
該圖表明，管理漂移比得到一個非常閉合的信號平衡要重要得多。甚至在2%的UI漂移時，信號平衡誤差高達10%的影響也微不足道。僅當漂移百分百為零時（一個不太可能的情況），信號平衡才變得重要。
數據傳輸速率
數字信號的射頻頻譜具有不同特性，從EMI的角度看，最重要的是該數據速率和其整數倍速率的頻譜零值。圖3，清楚地展示了這些頻譜零值。
這些零值獨立存在于任何信號濾波。通過改變數據速率，而非將頻譜零值移到一個射頻接收器頻帶附近以除去進入接收器的EMI，是種切實可行的選擇。對必須識取多個衛星發回的極其微弱信號的GPS接收器來說，這尤為重要。圖3顯示了這種用于幫助保護GPS接收器的技術，數據速率從1.248Gbps（圖3a）變為1.456Gbps（圖3b）。
（a）
（b）
圖3：改變接口數據速率會移動頻譜零值。這是無需任何濾波、能降低特定頻帶EMI的一種特別有效的方法。
壓擺率
接口攜帶的所有必要信息位于主譜瓣。頻譜旁瓣攜帶數據波形變換信息，而非數據本身。對因旁瓣（這些旁瓣頻率高于數據速率）能量產生的EMI來說，可以通過減少每個波形變換的壓擺率來抑制。這么做之所以有效，是因為意外的射頻信號的總帶寬不由數據速率掌控，而是由數據波形的最快變換（邊沿）決定的。
圖4a（頂部）說明了這種技術確實影響到接口信號的“眼圖”。雖然完全睜開的眼的寬度變窄了，但眼頂部和底部間的分離沒受影響。這是使用該過濾技術必付的代價。
請注意：擺率控制僅降低了旁瓣幅值。對主瓣的任何影響都可以忽略不計。這有利有弊：好處是，這意味著，擺率控制并不會稀釋數據內容。壞處是：僅當干擾頻率來從主瓣時，會使該技術無效。基于此原因，如采用M-PHY的MIPI Alliance DigRFSM等應用，人們傾向使用每個都工作于較低數據速率的多條信道，而非一條工作于較高數據速率的信道。
（a）
（b）
圖4：壓擺率控制對差分信號的頻率較高旁瓣的影響：頂部）眼圖的邊緣變換時間定義；底部）與a圖顯示的變換相應的頻譜。
波形整形
實施壓擺率控制的直接方法是調整電流源充放電電容。這就產生了如圖3及下面圖5a中所示的直線變換。其它波形形狀也確會影響EMI值，結果有好有壞。例如，圖5b展示了由簡單RC濾波所得到的指數波形的效果。這里，EMI其實變得更嚴重。原因是，在任何變換開始時，指數波形都形成一個尖角，即使任何變換的結尾是光滑的。但在變換終點，侵損已經發生。
圖5c展示了當所有的尖角被從接口波形中除去，頻譜鉗限性能大大改善了。除去尖角是波形整形的首要目標，所以，有時也將其稱為波形曲率限制。
（a）
（b）
（c）
圖5：具有不同波形形狀的信號變換的EMI信號的頻譜變化：a）線性變換，b）指數變換，和c）濾波后的波形。指數變換實際上抑制EMI的能力最差。
技術組合拳
所有的EMI管理技術始于最大化物理隔離。除隔離外，取決于接口標準化委員會遇到的具體問題，會采用不同的技術。下面介紹來自于公布的MIPI標準的兩個例子。
MIPI聯盟的M-PHY規范是個使用低幅值差分信號的HSS鏈接。由于數據傳輸速率高于許多蜂窩和其它無線通信頻率，所以組合使用了數據速率選擇、壓擺率控制以及漂移邊界等方法以降低出現在內部（包括可能的單片）射頻接收器輸入端的EMI。圖6是體現這種改善的一個例子。
圖6：MIPI聯盟的M-PHY接口組合了漂移邊界與壓擺率控制技術，以盡力降低高頻EMI。將該結果與圖4b中的頻譜進行比較。
MIPI聯盟的射頻前端（RFFE）接口有不同的問題，且采用不同的技術管理EMI。RFFE應用需要大幅值的單端信號，即便該接口工作時緊鄰敏感的射頻輸入。這里采用的技術組合首先采用與應用需求一致的最低數據傳輸速率。然后，我們對接口波形實施曲率控制，以確保任何EMI都被限定于低于本地射頻的工作頻率。圖7是演示其作用效果的一個例子。
（a）
（b）
圖7：MIPI聯盟的RFFE接口組合了數據速率選擇和波形整形技術，以將不需要的射頻信號頻帶控制在主要無線通信頻帶以下：（頂部）26MHz數據速率已經使得大部分信號能量位于低頻，而（底部）在每一個轉換的開始和結束都另實施了少量的曲率控制，顯著改善了EMI抑制性能。
總結
設計的EMI管理是實現移動設備內接口和接收器相互透明度的一個關鍵組成部分。定義這些接口的規范委員會，如MIPI聯盟，最好地掌控著這種能力。
由在強調相互透明度的M-PHY和RFFE接口規范的制定中所獲經驗表明，對降低EMI來說，有的技術很有效、有的不那么有效。目前為止，最有效的技術是良好的物理隔離。其次是限定差分信號允許的漂移，以及避免采用可導致指數接口波形的RC濾波。對減小EMI來說，使用波形整形技術以減少接口波形上的尖角是特別有效的方法。
選擇數據速率是不需要濾波的一種技術。由于來自數字波形的EMI在此數據速率和其所有的整數倍速率都有頻譜零值，將這些零值放置在所關注頻帶的附近也十分有效。最后但當然不是不重要的，是降低接口波形的幅值。這種技術對EMI的影響微不足道。
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