如何降低DSP系统的电磁干扰

如何降低DSP系统的电磁干扰

2020-10-06 17:25

  随着高速DSP(数字信号处理器)和外设的出现,新产品设计人员面临着电磁干扰(EMI)日益严重的威胁。早期,把发射和干扰问题称之为EMI或RFI(射频干扰)。现在用更确定的词“干扰兼容性”替代。电磁兼容性(EMC)包含系统的发射和敏感度两方面的问题。假若干扰不能完全消除,但也要使干扰减少到最小。如果一个DSP系统符合下面三个条件,则该系统是电磁兼容的。

  当干扰的能量使接收器处在不希望的状态时引起干扰。干扰的产生不是直接的(通过导体、公共阻抗耦合等)就是间接的(通过串扰或辐射耦合)。电磁干扰的产生是通过导体和通过辐射。很多电磁发射源,如光照、继电器、DC电机和日光灯都可引起干扰。AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统的内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望的信号。在高速数字电路中,时钟电路通常是宽带噪声的最大产生源。在快速DSP中,这些电路可产生高达300MHz的谐波失真,在系统中应该把它们去掉。在数字电路中,最容易受影响的是复位线、中断线和控制线。

  一种最明显而往往被忽略的能引起电路中噪声的路径是经过导体。一条穿过噪声环境的导线可检拾噪声并把噪声送到另外电路引起干扰。设计人员必须避免导线捡拾噪声和在噪声产生引起干扰前,用去耦办法除去噪声。最普通的例子是噪声通过电源线进入电路。若电源本身或连接到电源的其它电路是干扰源,则在电源线进入电路之前必须对其去耦。

  经辐射的耦合通称串扰,串扰发生在电流流经导体时产生电磁场,而电磁场在邻近的导体中感应瞬态电流。

  当来自两个不同电路的电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上的压降由两个电路决定。来自两个电路的地电流流经共地阻抗。电路1的地电位被地电流2调制。噪声信号或DC补偿经共地阻抗从电路2耦合到电路1。

  辐射发射有两种基本类型:差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意的压降引起的,它使电路中所有地连接抬高到系统地电位之上。就电场大小而言,CM辐射是比DM辐射更为严重的问题。为使CM辐射最小,必须用切合实际的设计使共模电流降到零。

  电压电源电压越高,意味着电压振幅越大而发射就更多,而低电源电压影响敏感度。

  频率高频产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在高频数字系统中,当器件开关时产生电流尖峰信号;在模拟系统中,当负载电流变化时产生电流尖峰信号。

  接地对于电路设计没有比可靠和完美的电源系统更重要的事情。在所有EMC问题中,主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在频率低于1MHz时可采用单点接地方法,但不适于高频。在高频应用中,最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地而高频用多点接地的方法。地线布局是关键的。高频数字电路和低电平模拟电路的地回路绝对不能混合。

  电源去耦当器件开关时,在电源线上会产生瞬态电流,必须衰减和滤掉这些瞬态电流来自高di/dt源的瞬态电流导致地和线迹“发射”电压。高di/dt产生大范围高频电流,激励部件和缆线辐射。流经导线的电流变化和电感会导致压降,减小电感或电流随时间的变化可使该压降最小。

  PCB设计适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

  * 分开数字、模拟、接收器、发送器地/电源线密耳)以增加高频阻尼和降低电容耦合

  * 保持地引脚短于波长的1/20,以防止辐射和保证低阻抗线。线。转向会增加电容并导致传输线特性阻抗变化

  * 保护关键线密耳线迹以使电感最小,路线紧靠地板层,板层之间夹层结构,保护夹层的每一边都有地)

  * 在IC的每一个点原引脚用高频低电感陶瓷电容(14MHz用0.1UF,超过15MHz用0.01UF)进行去耦

  * 用串联终端使谐振和传输反射最小,负载和线之间的阻抗失配会导致信号部分反射,反射包括瞬时扰动和过冲,这会产生很大的EMI

  * 把去耦线驱动器和接收器适当地放置在紧靠实际的I/O接口处,这可降低到PCB其它电路的耦合,并使辐射和敏感度降低

  EMC是DSP系统设计所要考虑的重要问题,应采用适当的降噪技术使DSP系统符合EMC要求

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