DSP系統(tǒng)中的EMC和EMI的解決方案

有些訊號(hào)還會(huì)產(chǎn)生引起串?dāng)_的高頻諧波。由于輻射的能量正比于訊號(hào)的上升和下降時(shí)間，較慢的上升或下降時(shí)間引起的干擾將較小。圖6為視訊干擾的實(shí)例，這些干擾可能由內(nèi)部頻率輻射引起。在北美地區(qū)第二頻道中，18.432MHz音訊頻率的三次諧波，將產(chǎn)生如圖中左側(cè)所示的干擾。透過(guò)在音訊頻率印刷在線增加一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)放慢頻率的上升和下降時(shí)間可減少干擾，其結(jié)果如圖6右側(cè)所示。不過(guò)，設(shè)計(jì)師需要了解定時(shí)裕度，以便將上升和下降沿降低到系統(tǒng)所允許的限度內(nèi)。

圖6：解決音視訊串?dāng)_。

與串?dāng)_相關(guān)的是傳輸線效應(yīng)，這種效應(yīng)在高速印刷線變成產(chǎn)生輻射干擾的發(fā)射器時(shí)產(chǎn)生。通常，當(dāng)訊號(hào)的上升時(shí)間小于傳播延遲的2倍時(shí)，印刷線才發(fā)射訊號(hào)。這暗示為了減少傳播延遲，印刷線的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短。另一個(gè)是合理的訊號(hào)端接將減慢訊號(hào)的上升時(shí)間，將反射引起的過(guò)沖和欠沖減到最小。圖7顯示了如何利用平行端接來(lái)校正電平并將傳輸線效應(yīng)減到最小。

圖7:利用端接將傳輸線效應(yīng)減到最小。

設(shè)計(jì)師可能會(huì)質(zhì)疑，既然芯片內(nèi)部已經(jīng)整合了電阻，在外部端接負(fù)載電阻是否還有其重要性。實(shí)際上，除了控制傳輸線效應(yīng)外，外部電阻還可以實(shí)現(xiàn)訊號(hào)完整性的精密調(diào)整。DSP無(wú)法與電路板阻抗完全匹配，因此端接負(fù)載可以減少源電流，以及上升和下降時(shí)間。

與外部端接負(fù)載電阻一樣，外部的上拉和下拉電阻也非常重要。對(duì)于無(wú)連接的接腳來(lái)說(shuō)，雖然內(nèi)部的上拉和下拉電阻是足夠的，但高速開關(guān)噪音能夠傳過(guò)來(lái)，并會(huì)誤觸發(fā)連接端上的內(nèi)部邏輯。

控制EMI

能夠輻射到系統(tǒng)外的輻射被認(rèn)為是EMI，這可能使設(shè)計(jì)無(wú)法通過(guò)FCC認(rèn)證。有兩種可能的輻射：一種是發(fā)射源是一條直線型的訊號(hào)印刷線，或電纜的共模輻射，另一種是其訊號(hào)和回路構(gòu)成一個(gè)大電流回路的差分模式輻射。共模輻射隨著頻率的升高而降低，而差分模式輻射則隨著頻率的升高而增強(qiáng)，直到其飽和點(diǎn)。這兩種模式的輻射如圖8和9所示。

如何處理EMI取決于輻射源。對(duì)于共模輻射，當(dāng)EMI來(lái)自外部電纜時(shí)(如圖8所示)，可在電纜上加一個(gè)扼流圈。如果導(dǎo)致EMI的是內(nèi)部傳輸線，則通常用端接負(fù)載方式，不過(guò)在訊號(hào)印刷線間加入一條地線也有助于減少輻射。另一種可能方案是將訊號(hào)的印刷線長(zhǎng)度減短至小于訊號(hào)波長(zhǎng)(或訊號(hào)頻率的倒數(shù))的1/20。例如，為了避免傳輸輻射，500MHz的印刷線應(yīng)該短于1.18英肌

圖8：共模輻射。

對(duì)于差分模式輻射，所輻射的能量是電流、回路面積和頻率的函數(shù)。減少輻射的方法包括：端接負(fù)載來(lái)降低源電流，用合適的電流通道來(lái)提供可減少回路面積的回路，或者降低頻率。

在計(jì)算退耦電阻時(shí)，還應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)電流。高速電流可能隨時(shí)變化，這種瞬變也會(huì)引起輻射。此外，改變電容的值時(shí)要防止自諧振限制頻率范圍。PCB分層是一個(gè)好方案，因?yàn)殡娫磳訉?duì)高頻形成自然的退耦，而地層則提供最短的回路。把高速訊號(hào)隔離起來(lái)，并使其遠(yuǎn)離其它訊號(hào)。如果可能的話，不要把地層隔開。盡管噪音和輻射是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜的無(wú)用功能引起的，但透過(guò)上述的一些簡(jiǎn)單方法還是可以控制的。

圖9：差模輻射。

本文小結(jié)

高速的DSP視訊系統(tǒng)中有許多潛在的噪音和輻射源，它們可以擾亂系統(tǒng)的工作，或者使設(shè)計(jì)無(wú)法通過(guò)FCC的認(rèn)證。所幸的是，對(duì)噪音和輻射的規(guī)劃和掌握可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師將這些問(wèn)題減到最小。早期的努力將節(jié)省大量的除錯(cuò)工作和后期的麻煩。 PCB布局和回路退耦是設(shè)計(jì)師可以限制系統(tǒng)噪音和EMI的兩種常用技術(shù)。具備了這些技術(shù)，DSP視訊設(shè)計(jì)師就能有效地解決系統(tǒng)的噪音和輻射。圖5：利用LDO實(shí)現(xiàn)PLL電源的隔離。