高速DSP系統(tǒng)電磁兼容性解析

隨著高速DSP技術(shù)的廣泛應用，相應的高速DSP的PCB設計就顯得十分重要。由于DSP是一個相當復雜、種類繁多并有許多分系統(tǒng)的數(shù)、模混合系統(tǒng)，所以來自外部的電磁輻射以及內(nèi)部元器件之間、分系統(tǒng)之間和各傳輸通道間的串擾對DSP及其數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的干擾，已嚴重地威脅著其工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。據(jù)統(tǒng)計，干擾引起的DSP事故占其總事故的90%左右。因此設計一個穩(wěn)定、可靠的DSP系統(tǒng)，電磁兼容和抗干擾至關(guān)重要。
　　1 DSP的電磁干擾環(huán)境
　　電磁干擾的基本模型由電磁干擾源、耦合路徑和接收機3部分組成，如圖1所示。
　　
　　電磁干擾源包含微處理器、微控制器、靜電放電、瞬時功率執(zhí)行元件等。隨著大量高速半導體器件的應用，其邊沿跳變速率非常快，這種電路可以產(chǎn)生高達300 MHz的諧波干擾。耦合路徑可以分為空間輻射電磁波和導線傳導的電壓與電流。噪聲被耦合到電路中的最簡單方式是通過導體的傳遞，例如，有一條導線在一個有噪聲的環(huán)境中經(jīng)過，這條導線通過感應接收這個噪聲并且將其傳遞到電路的其他部分，所有的電子電路都可以接收傳送的電磁干擾。例如，在數(shù)字電路中，臨界信號最容易受到電磁干擾的影響;模擬的低級放大器、控制電路和電源調(diào)整電路也容易受到噪聲的影響。
　　2 DSP電路板的布線和設計
　　良好的電路板布線在電磁兼容性中是一個非常重要的因素，一個拙劣的電路板布線和設計會產(chǎn)生很多電磁兼容問題，即使加上濾波器和其他元器件也不能解決這些問題。
　　正確的電路布線和設計應該達到如下3點要求：
　　（1）電路板上的各部分電路之間存在干擾，電路仍能正常工作;
　?。?）電路板對外的傳導發(fā)射和輻射發(fā)射盡可能低，達到有關(guān)標準要求;
　?。?）外部的傳導干擾和輻射干擾對電路板上的電路沒有影響。
　　2.1 元器件的布置
　?。?）元器件布置的首要問題是對元器件進行分組。元器件的分組原則有：按電壓不同分;按數(shù)字電路和模擬電路分;按高速和低速信號分和按電流大小分。一般情況下都按照電壓不同分或按數(shù)字電路與模擬電路分。
　　（2）所有的連接器都放在電路板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜。
　?。?）避免讓高速信號線靠近連接器。
　　（4）在元器件安排時應考慮盡可能縮短高速信號線，如時鐘線、數(shù)據(jù)線和地址線等。
　　2.2 地線和電源線的布置
　　地線布置的最終目的是為了最小化接地阻抗，以此減小從電路返回到電源之間的接地回路電勢，即減小電路從源端到目的端線路和地層形成的環(huán)路面積。通常增加環(huán)路面積是由于地層隔縫引起的。如果地層上有縫隙，高速信號線的回流線就被迫要繞過隔縫，從而增大了高頻環(huán)路的面積，如圖2所示。
　　
　　圖2中高速線與芯片之間進行信號傳輸。圖2（a）中沒有地層隔縫，根據(jù)“電流總是走阻抗最小的途徑”，此時環(huán)路面積最小。圖2（b）中，有地層隔縫，此時地環(huán)路面積增大，這樣就產(chǎn)生如下后果：
　?。?）增大向空間的輻射干擾，同時易受空間磁場的影響;
　?。?）加大與板上其他電路產(chǎn)生磁場耦合的可能性;
　?。?）由于環(huán)路電感加大，通過高速線輸出的信號容易產(chǎn)生振蕩;
　?。?）環(huán)路電感上的高頻壓降構(gòu)成共模輻射源，并通過外接電纜產(chǎn)生共模輻射。
　　通常地層上的隔縫不是在分地時、有意識地加上的，有時隔縫是因為板上的過孔過于接近而產(chǎn)生的，因此在PCB設計中應盡量避免該種情況發(fā)生。
　　電源線的布置要和地線結(jié)合起來考慮，以便構(gòu)成特性阻抗盡可能小的供電線路。為了減小供電用線的特性阻抗，電源線和地線應該盡可能的粗，并且相互靠近，使供電回路面積減到最小，而且不同的供電環(huán)路不要相互重疊。在集成芯片的電源腳和地腳之間要加高頻去耦電容，容量為O.01～O.1μF，而且為了進一步提高電源的去耦濾波的低頻特性，在電源引入端要加上1個高頻去耦電容和1個1～10μF的低頻濾波電容。
　　在多層電路板中，電源層和地層要放置在相鄰的層中，從而在整個電路板上產(chǎn)生一個大的PCB電容消除噪聲。速度最快的關(guān)鍵信號和集成芯片應當布放在臨近地層一邊，非關(guān)鍵信號則布放在靠近電源層一邊。因為地層本身就是用來吸收和消除噪聲的，其本身幾乎是沒有噪聲的。