EMC（RE）和SI的矛盾点——高速信号上升沿陡峭性

  确实是RE和SI之间矛盾的核心点之一，特别是在高频电路和高速数字信号设计中。这种矛盾大多数表现在信号完整性（SI）与辐射发射（RE）的对立需求上：

  SI（信号完整性）变好：上升沿的陡峭性决定了信号的带宽。更快的上升沿意味着更高的频率分量参与信号的传输，从而更好地还原数字信号的形态（如方波的高对比边缘），提高接收端的解码准确性。

  RE（辐射发射）变差：上升沿越陡峭，信号中的高频分量越多，这些高频分量容易通过传输线、连接器和PCB走线辐射出去，导致系统的辐射发射增加，难以满足EMC标准。

  SI变差：当上升沿减缓时，信号的高频分量被削弱，这会导致信号失真（如边沿模糊、过冲/下冲减少）。尤其是在长距离传输或高速信号中，接收端可能没办法正确识别信号的逻辑电平。

  RE变好：减缓上升沿其实就是对信号进行低通滤波，削弱了高频分量，由此减少了辐射发射，提高了系统的EMC性能。

  方波是一种理想信号，理论上包含无穷多的奇次谐波分量，其幅值按1/n1/n1/n（n为谐波阶数）衰减。

  梯形波的上升沿相对方波更平缓，是方波经过带宽限制（例如低通滤波）后产生的结果。

  上升时间的延长等效于信号频谱的低通滤波，使高频分量慢慢地减少，频谱带宽与上升时间成反比。

  频谱范围（带宽）：梯形波的频谱能量集中在较低频段，而方波频谱能量分布更广。

  我们对方波和梯形波的展开系数做对数运算，则两种波形在频谱上体现出梯形波的高频分量明显比方波更小，其高频对外辐射也会更小。

  梯形波的优势：梯形波的上升沿更平缓，高频谐波成分被显著抑制。这减少了高频噪声的产生，降低了天线效应，使辐射发射问题显著改善。

  原因分析：电磁辐射的强度与信号频谱中的高频成分成正比，高频分量的减少直接降低了电磁辐射。

  方波的劣势：方波因其陡峭的上升沿，频谱中高频分量非常强，容易耦合到PCB走线或连接线中，导致辐射发射显著增加。

  梯形波的劣势：上升沿的平缓性会导致信号过渡时间变长，接收端可能没办法准确识别电平的变化，尤其是在高速传输中：

  方波的优势：陡峭的上升沿提供了清晰的过渡区域，信号完整性较好，接收端可以更准确地识别信号。

  如何在SI和RE之间找到平衡点，主要根据信号的速率要求和系统的EMC设计目标：

  通过驱动能力调节上升沿陡峭性：IC厂商通常允许通过调整驱动能力或负载匹配电路，来适当减缓上升沿的陡峭性。例如：

  选用合适的信号速率：如果信号速率允许，能够最终靠降低数据速率（如减少过高的冗余频率），减小信号高频成分的比例。

  终端匹配可以同时改善SI和RE：通过合理的终端阻抗匹配（如加匹配电阻或RC网络），能够大大减少信号反射和振铃现象，以此来降低辐射发射，同时保证信号完整性。

  缓冲电路：在信号链中加入缓冲驱动器，以限制上升沿速率，削减高频成分，降低RE。

  滤波器：添加适当的低通滤波器（如串联小电感或并联小电容），可以减弱上升沿中的高频分量，同时控制RE。

  差分信号的优势：差分信号通过相位相反的两根线传输信号，高频成分任旧存在，但因为共模信号相互抵消，对外的辐射发射明显降低，同时保持信号完整性。

  选择适当的驱动器：根据实际的需求，别一味追求过快的上升沿速率，优先选用带有可调速率的驱动器。

  仿真分析：在高速信号设计中，通过工具（如ADS、SPICE、HyperLynx）仿真上升沿速率对SI和RE的影响，找到最佳的边沿速率。

  EMC与SI测试结合：在实验室中，使用信号质量分析仪和EMC测试设备，观察上升沿调整对信号完整性和辐射发射的实际影响。