DSP應(yīng)用系統(tǒng)電磁兼容的設(shè)計(jì)

1　引言

　　隨著DSP芯片的迅猛發(fā)展,其運(yùn)算速度和處理能力不斷提高,使得DSP系統(tǒng)的成本、體積、重量及功耗都有很大程度的下降。但與此同時(shí),周圍環(huán)境的電磁干擾源越來(lái)越多,使得DSP系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員也面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),即如何抑制日益嚴(yán)重的電磁干擾(EM I) ,提高系統(tǒng)性能,使各種電氣及電子設(shè)備達(dá)到電磁兼容(EMC) 。

　　2　電磁兼容設(shè)計(jì)

　　2. 1　電磁兼容

　　電磁兼容(EMC)是指在有限的時(shí)間、空間和頻譜資源等條件下,各種用電設(shè)備可以共存并不至于引起性能降級(jí)的一門學(xué)科。而電磁兼容性通常是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境下能正常工作,并且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

　　電磁干擾( EM I)是指電磁騷擾引起的設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。形成電磁干擾必須具備三個(gè)要素, 即: 電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備。三者關(guān)系如圖1所示。

　圖1　EMI的三要素

　　任何形式的自然現(xiàn)象或裝置所發(fā)射的電磁能量,使生物受到損傷或使其他設(shè)備、系統(tǒng)發(fā)生電磁危害,從而導(dǎo)致性能下降或故障,這種自然現(xiàn)象或裝置就稱為電磁騷擾源。如光照、天電噪聲、電子噪聲、發(fā)電機(jī)等都屬于電磁騷擾源。

　　耦合途徑是指?jìng)鬏旊姶膨}擾的媒介或途徑。

　　敏感設(shè)備是指當(dāng)受到電磁干擾時(shí),會(huì)受到傷害的生物及會(huì)發(fā)生電磁危害,導(dǎo)致性能下降或發(fā)生故障的器件、設(shè)備或系統(tǒng)。許多器件、設(shè)備或系統(tǒng)既是敏感設(shè)備又是產(chǎn)生干擾的電磁騷擾源。

　　2. 2　電磁兼容設(shè)計(jì)的目的

　　電磁兼容性設(shè)計(jì)的目的:是使電子設(shè)備或電子系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。即要求在同一電磁環(huán)境中的設(shè)備或系統(tǒng)都能正常工作又互不干擾,達(dá)到“兼容”的狀態(tài)。滿足電磁兼容( EMC)有以下兩方面的規(guī)定:

　　(1)能在預(yù)期的電磁環(huán)境中正常工作,無(wú)性能降低或故障;(2)對(duì)該電磁環(huán)境來(lái)說(shuō)不是一個(gè)干擾源。如果一個(gè)DSP系統(tǒng)符合以下條件,則該系統(tǒng)是電磁兼容的。

　　·對(duì)電磁騷擾不敏感。

　　·對(duì)系統(tǒng)自身不產(chǎn)生干擾。

　　·對(duì)其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾。

　　為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容,必須從形成電磁干擾的基本要素出發(fā),從分析電磁騷擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備入手,采取有效的技術(shù)措施,抑制騷擾源、減弱或消除騷擾的耦合途徑、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾的響應(yīng)。

　　2. 3　電磁兼容設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

　　電磁兼容設(shè)計(jì)可分為系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)兩方面加以考慮。系統(tǒng)間的電磁兼容設(shè)計(jì)目前已經(jīng)研究的較多,本文將主要針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容設(shè)計(jì)加以討論。

　　通常系統(tǒng)內(nèi)電磁兼容設(shè)計(jì)可分為五部分:有源器件的選擇和印制電路板( PCB )的設(shè)計(jì)、布線、濾波、接地及屏蔽等。如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)內(nèi)EMC設(shè)計(jì)

　　2. 4　電磁干擾的傳輸途徑

　　電磁騷擾源與敏感設(shè)備的耦合途徑有:傳導(dǎo)、感應(yīng)、輻射或三者的組合。

　　傳導(dǎo)耦合是電磁騷擾源和敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導(dǎo)耦合的方式很多,可以通過(guò)電源線、信號(hào)線、接地導(dǎo)體等進(jìn)行耦合。防止傳導(dǎo)耦合的方法是避免導(dǎo)線感應(yīng)噪聲,采取適當(dāng)?shù)钠帘位驅(qū)?dǎo)線分離,或在干擾進(jìn)入敏感電路之前,用濾波的方法將其濾除。

　　感應(yīng)耦合是電子元件(例如繼電器、變壓器、電感器等)及導(dǎo)線之間的主要耦合方式?？煞譃殡姼袘?yīng)耦合和磁感應(yīng)耦合兩類。對(duì)這兩類耦合可以采用加屏蔽、隔離或改變騷擾源和敏感設(shè)備的相對(duì)位置的方法加以抑制。

　　輻射是騷擾傳輸?shù)牧硪环N方式,包括天線、電纜、機(jī)殼之間產(chǎn)生的干擾。

　　通常,一個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)中存在諸多的耦合途徑,一般采取抑制騷擾源、減小騷擾源和敏感設(shè)備之間的耦合、降低敏感設(shè)備對(duì)騷擾源的靈敏度來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng),達(dá)到電磁兼容的要求。

　　3　系統(tǒng)內(nèi)EMC設(shè)計(jì)中采取的措施

　　3. 1　有源器件的選擇和PCB的設(shè)計(jì)

　　在數(shù)字電路特別是高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,有源器件的正確選擇和印刷電路板( PCB)設(shè)計(jì)對(duì)防止電磁干擾( EM I)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

　　在器件的選擇過(guò)程中必須注意有源器件的固有電磁敏感度特性和電磁騷擾發(fā)射特性。*價(jià)敏感器件的重要參數(shù)有靈敏度和帶寬,靈敏度越高,帶寬越大,抗擾度越差。電子器件的電磁騷擾發(fā)射也是應(yīng)該注意的,應(yīng)盡量避免或降低對(duì)其他器件或系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾。

　　在PCB板設(shè)計(jì)中,應(yīng)充分考慮板的結(jié)構(gòu)、器件的布局、線路安排及濾波等技術(shù)。以下是一些值得參考的技巧:

　　·電路中的電流環(huán)路應(yīng)保持最小

　　·使用較大的地線平面以減小地線阻抗

　　·信號(hào)線和回線應(yīng)盡可能接近

　　·電源線和地線應(yīng)相互接近

　　·在多層板設(shè)計(jì)中,電源面和地平面應(yīng)當(dāng)分開(kāi)

　　·采用合適的布線寬度以增加高頻阻抗和降低電容耦合

　　·數(shù)字地、模擬地等應(yīng)相互分離

　　·采用多點(diǎn)接地降低高頻地阻抗

　　·增大相鄰激勵(lì)線跡的間距減小串?dāng)_

　　·盡量減小時(shí)鐘信號(hào)環(huán)路面積

　　·高頻線路和時(shí)鐘線要短并盡可能直接連接

　　·敏感的線路不要與傳輸高頻大電流開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)的線路并行

　　·不要有浮空數(shù)字輸入,以防止產(chǎn)生開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作和噪聲