SI,PI,EMC/EMI和RF-电路设计名词讲解

Posted 2022-12-12 Z小旋

在高速PCB设计和硬件面试中，经常能听到这几个词，那么他们具体是什么意思呢？

• SI指Signal Integrity 即信号完整性。

• PI指Power Integrity 即电源完整性。

• EMC指Electromagnetic Compatibility 即电磁兼容。

• EMI指Electromagnetic interference 即电磁干扰

• RF指Radio Frequency 即射频。

信号完整性

信号完整性是指在高速电路设计中由互连线所引起的所有问题。信号具备信号完整性是指在不影响系统中其他信号质量的前提下，接收端能够接收到符合逻辑电平要求、时序要求和相位要求的信号。信号完整性设计的根本性目标是保证信号波形的完整和信号时序的完整。宏观的信号完整性问题可以分为四类：

(1)、单条传输线的信号完整性问题。

(2)、相邻传输线间的信号串扰问题。

(3)、与电源和地相关的电源完整性问题(PI)。

(4)、高速信号传输的电磁兼容性问题(EMC)。

就是要使信号具有良好的物理特性(高低电平的阈值以及跳变沿的特性)，防止其产生信号畸变，导致接收端无法识别，重点确保传输的高/低电平在接收器端还是对应的高/低电平，对SI分析目标是消除关于信号质量、串扰和定时的问题。

最基本的信号完整性分析包括设置电路板叠层（包括适当的介电层厚度），以及查找正确的走线宽度，实现一定的走线目标阻抗。

信号完整性

电源完整性是指电源波形的质量，研究的是电源分配网络(PDN)，并从系统供电网络综合考虑，消除或者减弱噪声对电源的影响。电源完整性的设计目标是把电源噪声控制在运行的范围内，为芯片提供干净稳定的电压，并使它能够维持在一个很小的容差范围内(通常为5%以内)，实时响应负载对电流的快速变化，并能够为其他信号提供低阻抗的回流路径。

二、电源噪声的主要来源：

• 供电模块(VRM)的输出噪声
• 走线的直流电阻与寄生电感
• 同步开关噪声(SSN)
• 电源与地平面谐振噪声
• 临近电源网络耦合噪声
• 其他部件耦合噪声
• VRM供电模块通常包括LDO和DC/DC两种

大量的芯片引脚在进行逻辑状态切换时，会有一个大的瞬态电流流过回路，造成地平面的波动，会造成芯片的地与系统地不一致，称为地弹；造成芯片和系统的电源有差压，称为电源弹。在进行PCB叠层设计时，尽可能增大电源平面叠层之间的垂直距离，减少电源平面和地平面之间的垂直间距。下图是实际的电源/地信号的示意图。

电磁兼容

电磁兼容性（EMC）是指即使在其他发射电磁波的设备存在的情况下，不同电子设备和组件也能正常工作的能力。这意味着发射EM波或干扰的每个设备必须将其限制在一定水平，并且每个单独的设备必须对其所要工作的环境中的EM干扰具有足够的免疫力。

简单的说就是设备或系统在其预期的电磁环境中无错误地运行的能力

电磁干扰

什么是EMI电磁干扰？

简单来讲就是来自设备或系统的电磁辐射干扰其他设备或系统的正常操作。

任何EMC问题都有三个基本要素：

电磁现象的来源

由于电磁现象而无法正常工作的受体（或受害者）

它们之间的路径允许源干扰受体

这三个要素中的每一个都必须存在，尽管在每种情况下都不容易识别。通常通过识别这些元件中的至少两个并消除（或衰减）其中一个来解决电磁兼容性问题。

射频

Radio frequency (RF）无线电频率，射频—通讯所用的频率范围，大约是300KHz～30GHz。这些能量可以是有意产生的，如无限电传发射器，或者是被电子产品无意产生的;RF干扰就是射频干扰

RF干扰的主要干扰源有：手机、对讲机等；如果是在特殊的地方，比如说医院的X光机和伽玛刀、CT机等设备都会带来很强的RF干扰。