淺談DSP系統(tǒng)中的電磁兼容問(wèn)題

　1 引言

　　自從20世紀(jì)80年代初期第一片數(shù)字信號(hào)處理器芯片（DSP）問(wèn)世以來(lái)，DSP就以數(shù)字器件特有的穩(wěn)定性、可重復(fù)性、可大規(guī)模集成、特別是可編程性和易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理等特點(diǎn)，給數(shù)字信號(hào)處理的發(fā)展帶來(lái)了巨大機(jī)遇，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。但由于DSP是一個(gè)相當(dāng)復(fù)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(lái)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竄擾對(duì)DSP及其數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的干擾，己嚴(yán)重地威脅著其工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干擾引起的DSP事故占其總事故的90%左右。同時(shí)DSP又不可避免地向外輻射電磁波，對(duì)環(huán)境中的人體、設(shè)備產(chǎn)生干擾、妨礙或損傷。并且隨著DSP運(yùn)算速度的提高，能夠?qū)崟r(shí)處理的信號(hào)帶寬也大大增加，它的研究重點(diǎn)也轉(zhuǎn)到了高速、實(shí)時(shí)應(yīng)用方面。但正是這樣，它的電磁兼容性問(wèn)題也就越來(lái)越突出了，本文在DSP的電磁兼容性問(wèn)題方面進(jìn)行了一些探討。

　　2 DSP硬件方面的電磁兼容性

　　電磁兼容性（EMC）包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問(wèn)題。假若干擾不能完全消除，也要使干擾減少到最小。如果一個(gè)DSP系統(tǒng)符合下面三個(gè)條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的。(1) 對(duì)其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；(2) 對(duì)其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感；(3) 對(duì)系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾。

　　2.1 DSP中的干擾主要來(lái)源

　　電磁干擾是通過(guò)導(dǎo)體或通過(guò)輻射產(chǎn)生的，很多電磁發(fā)射源，如光照、繼電器、DC電機(jī)和日光燈都可引起干擾。AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內(nèi)部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號(hào)。在高速數(shù)字電路中，時(shí)鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源。在快速DSP系統(tǒng)中，這些電路可產(chǎn)生高達(dá)300MHz的諧波失真信號(hào)，在系統(tǒng)中應(yīng)該把它們除掉。在數(shù)字電路中，最容易受影響的是復(fù)位線、中斷線和控制線。

　　2.2 DSP中的傳導(dǎo)性干擾

　　一種最明顯能引起電路噪聲的傳播路徑是經(jīng)過(guò)導(dǎo)體。一條穿過(guò)噪聲環(huán)境的導(dǎo)線可撿拾噪聲，并把噪聲送到另外電路而引起干擾。設(shè)計(jì)人員必須避免導(dǎo)線撿拾噪聲，如噪聲通過(guò)電源線進(jìn)入電路后，若電源本身或連接到電源的其它電路是干擾源，則在電源線進(jìn)入電路之前必須對(duì)其去耦。

　　2.3 DSP中的共阻抗耦合問(wèn)題

　　當(dāng)來(lái)自兩個(gè)不同電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個(gè)電路決定。來(lái)自兩個(gè)電路的地電流流經(jīng)共地阻抗，電路 1的地電位被地電流2調(diào)制，噪聲信號(hào)或DC補(bǔ)償經(jīng)共地阻抗從電路2耦合到電路1。

　　2.4 DSP中的輻射耦合問(wèn)題

　　經(jīng)輻射產(chǎn)生的耦合通稱串?dāng)_。串?dāng)_是由電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)引起的，電磁場(chǎng)會(huì)在鄰近的導(dǎo)體中感應(yīng)出瞬態(tài)電流。

　　2.5 DSP中的輻射現(xiàn)象

　　輻射有兩種基本類型：差分（DM）和共模（CM）兩種模式。共模輻射或單極天線輻射是由無(wú)意的壓降引起的，它使電路中所有的地連接抬高到系統(tǒng)地電位之上。就電場(chǎng)大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴(yán)重的問(wèn)題。為使CM輻射最小，必須用切合實(shí)際的設(shè)計(jì)使共模電流降到零。

　　2.6 影響EMC的因數(shù)

　?。?）電壓：電源電壓越高，意味著電壓振幅越大而發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。

　?。?）頻率：高頻信號(hào)與周期性信號(hào)會(huì)產(chǎn)生更多的輻射。在高頻數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)器件處于開關(guān)狀態(tài)時(shí)將產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)；在模擬系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)也將產(chǎn)生電流尖峰信號(hào)。

　?。?）接地：在電路設(shè)計(jì)中，沒(méi)有比采用可靠和完美的地線連接方式更重要的事情了，在所有EMC問(wèn)題中，大部分問(wèn)題是由不適當(dāng)?shù)慕拥匾鸬摹Ｓ袉吸c(diǎn)、多點(diǎn)和混合三種信號(hào)接地方法。在頻率低于1MHz時(shí)可采用單點(diǎn)接地方法；在高頻應(yīng)用中，最好采用多點(diǎn)接地；混合接地是低頻用單點(diǎn)接地和高頻用多點(diǎn)接地方法的結(jié)合。但高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的地回路絕對(duì)不能混合。

　　（4）PCB設(shè)計(jì)：適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB）布線對(duì)防止電磁干擾至關(guān)重要。

　　（5）電源去耦：當(dāng)器件開關(guān)時(shí)，在電源線上會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流，來(lái)自高di /dt源的瞬態(tài)電流導(dǎo)致地和線跡“發(fā)射”電壓。高d i/dt產(chǎn)生大范圍高頻電流，激勵(lì)部件和纜線輻射，流經(jīng)導(dǎo)線的電流變化和電感會(huì)導(dǎo)致壓降，減小電感或電流隨時(shí)間的變化可使該壓降最小。