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數(shù)字信號的串擾抑制

   所謂數(shù)字信號的串擾抑制是指信號傳輸線在傳輸信號的過程中,在其相鄰信號線上引起嚴重的干擾噪聲,大多發(fā)生在扁平電纜、束捆導線或印制板電路上平行的印制導線之間進行雜訊的串擾抑制。串擾的強弱與相鄰2信號線之間的互阻抗和信號本身的阻抗有關。下面討論扁平電纜數(shù)字信號的串擾抑制問題。

  現(xiàn)代數(shù)字AV產(chǎn)品中,廣泛使用扁平電纜做連接導線,雖有很多優(yōu)點,但若使用不當,很易發(fā)生串擾,會影響數(shù)字產(chǎn)品的正常工作。扁平電纜的各導線之間均有分布電容,經(jīng)測量,每10cm長的相鄰導線間的分布電容約3pF。頻率為100MHz時,1pF電容的阻抗為1.6kΩ,而且扁平電纜導線的分布電容與其長度成正比,布線較長時串擾更嚴重。以VCD機為例,信號為數(shù)百千赫茲、數(shù)兆赫茲的方波和1020MHz的時鐘信號,其含有的幾十倍的高次諧波,信號頻譜*高的近數(shù)百兆赫茲,這種高頻分量極易通過扁平電纜各導線之間的分布電容相互串擾。通過對比實驗,分別用60cm長扁平電纜和10cm長的束捆線連接DSPMPEG板,得知,60cm扁平電纜上的干擾明顯比l0cm長束捆線上的干擾大得多,說明扁平電纜分布電容與長度成正比,干擾又與分布電容成正比。如把DSP輸出端的BCK時鐘斷開,LRCK干擾點明顯減少和干擾脈沖幅度下降。由此說明干擾大部分來自BCK方波信號,控制好導線間距離可降干擾。在車用VCD的數(shù)字信號的串擾抑制中采取了以下措施:

   (1)、盡可能縮短信號線的傳輸長度。

  (2)、在多種電平的信號傳輸時,應盡量把前后沿時間相近的同級電平信號劃為一組傳輸。DATA,BCK,LRCK信號與主時鐘之間用一根地線相互隔離。必要時用屏蔽線代替束捆線來傳輸MCLKBCK時鐘,減小串擾和輻射。

  (3)、在雙面印制板布線時,正面?zhèn)鬏敻哳l數(shù)字信號和時鐘信號,在其傳輸印制電路背面盡可能加大接地面積,這樣由于平行導線間的分布電容在導線接近地平面時會變小的緣故,信號線之間串音干擾會減??;在MPEG芯片,DRAMSDRAM及其它高速數(shù)字器件印制板布線時,其背面布上大片地線,地線旁路屏蔽器件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲。

  三、 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的抗干擾設計

  實際上,電源線電流變化產(chǎn)生的感應壓降、數(shù)字信號傳輸?shù)姆瓷涓蓴_和數(shù)字信號間的串擾相互之間有著密切聯(lián)系且密不可分。反映在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中,其危害性*大的是高頻脈沖噪聲。所以,抑制高頻脈沖噪聲是數(shù)字AV產(chǎn)品電磁兼容性設計的重要組成部分。

  如在VCD整機調(diào)試過程中遇到整機工作時功能出錯,通過內(nèi)置檢測程序檢測CPUMPEG芯片CL680A1連接處,用示波器觀察HRDYHCK上的高頻毛刺較大,采用在HRDY上并聯(lián)一個51pF電容,用觸發(fā)器對HCK進行整形,用內(nèi)置檢測程序檢測數(shù)據(jù)通信的準確率達到100%,整機工作完全正常。為提高系統(tǒng)的抗干擾性能,在數(shù)字AV產(chǎn)品中可采用如下措施:

  (1)、增加總線的抗干擾能力。采用三態(tài)門方式總線結(jié)構(gòu),總線加上拉電阻使總線在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而消除總線處于電壓不穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),總線須加緩沖器。

  (2)、用軟件消除干擾。在系統(tǒng)設計時,雖在硬件上作了種種改進,但不可能完全消除干擾,如出現(xiàn)系統(tǒng)死機和數(shù)據(jù)傳輸錯誤等,從軟件著手可加以改進:使用監(jiān)控計時器(Watch DogTimer)來檢測系統(tǒng)是否受干擾,一旦系統(tǒng)受到干擾則立即采取中斷系統(tǒng)重新初始化后再啟動,以消除干擾影響。采用軟件容錯技術(shù)就是承認故障和錯誤是客觀事實,并考慮采取措施來消除、抑制、減小其造成的影響。

  (3)、提高系統(tǒng)控制信號抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET,STB等控制線,CPU與其控制器件的傳輸距離較遠且控制線阻抗較高,易受脈沖噪聲干擾,在被控器件的對等控制信號端并接一個20pF電容以消除干擾,而對RESET等控制信號并接0.01µF電容,干擾問題也可解決。對控制線加緩沖驅(qū)動器,使控制線的阻抗變低,也具有抑制干擾的作用。

  (4)、IC未用端的處理。對未用端一定要妥善處理,否則噪聲很容易通過分布電容對電路造成干擾。如TTLCMOS電路的不用端加110kΩ的上拉電阻,觸發(fā)器不用的輸出端并聯(lián)一個小容量的陶瓷電容等?! ?/span>  國際上十分重視電子產(chǎn)品的EMC設計,歐美、日本等的電子產(chǎn)品的電磁兼容標準是強制執(zhí)行的。在汽車數(shù)字AV產(chǎn)品設計的電磁兼容抗干擾分析放到產(chǎn)品的設計、試制過程中,并且把EMC設計作為設計過程的重要一環(huán),從元件選購、電路板設計及整機整體布局應嚴格按照數(shù)字電路的抗干擾設計要求。

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