一、 數(shù)字電路的常見(jiàn)干擾噪聲

　　對(duì)汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容抗干擾分析，其數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)常見(jiàn)的噪聲有以下幾種。

　　1、電源噪聲：主要由于受DSP電路、CPU、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和其它數(shù)字邏輯電路在工作過(guò)程中邏輯狀態(tài)高速變換造成系統(tǒng)電流和電壓變化產(chǎn)生的噪聲、溫度變化時(shí)的直流噪聲以及供電電源本身產(chǎn)生的噪聲。

　　2、 地線(xiàn)噪聲：系統(tǒng)內(nèi)各部分的地線(xiàn)之間出現(xiàn)電位差或存在接地阻抗引起的接地噪聲。

　　3、反射噪聲：傳輸線(xiàn)路各部分的特性阻抗不同或與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，所傳輸?shù)男盘?hào)在終端(或臨界)部位產(chǎn)生反射，使信號(hào)波形發(fā)生畸變或產(chǎn)生振蕩。

　　4、串?dāng)_噪聲：由于扁平電纜或束捆導(dǎo)線(xiàn)等傳輸線(xiàn)之間，印制電路板內(nèi)平行印制導(dǎo)線(xiàn)之間的電磁感應(yīng)以及高速開(kāi)關(guān)電流通過(guò)分布電容等寄生參數(shù)把無(wú)用信號(hào)成分疊加在目的信號(hào)上引起的噪聲。

　　二、 汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容抗干擾中抑制干擾噪聲的措施 

　　1、 電源和地線(xiàn)噪聲的抑制

　　在車(chē)用CD，VCD中大量地應(yīng)用CMOS數(shù)字器件和數(shù)字模擬混合器件，當(dāng)設(shè)備工作時(shí)這些器件同時(shí)工作會(huì)使電路板內(nèi)的電源電壓和地電平波動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)波形產(chǎn)生尖峰過(guò)沖或衰減振蕩，造成數(shù)字IC電路的噪聲容限下降而引起誤動(dòng)作。其原因是數(shù)字IC的開(kāi)關(guān)電流在電源線(xiàn)、地線(xiàn)上形成的電壓降與印制條和元器件引腳的分布電感所形成的感應(yīng)電壓降，兩者起作用的結(jié)果。由于車(chē)用VCD中有多條高頻數(shù)字信號(hào)線(xiàn)，因此，電源和地線(xiàn)的干擾相當(dāng)嚴(yán)重。其次，由于一部分CMOS電路是數(shù)字模擬混合器件，如D／A轉(zhuǎn)換器件，根據(jù)CMOS的基本理論，數(shù)字和模擬電路形成在同一個(gè)類(lèi)型芯片上，如只有數(shù)字部分電源VDD供電，盡管模擬電源未接，VDD的電能會(huì)轉(zhuǎn)換到模擬部分上去，VDD電壓依然會(huì)出現(xiàn)于模擬電源VOC腳上。同樣，VDD上存在的噪聲亦會(huì)出現(xiàn)在VOC上，由于VDD和VOC上的噪聲作用造成數(shù)?；旌想娐?，如音頻D／A PCM1710的THD+N和動(dòng)態(tài)范圍下降，影響整機(jī)的性能。

　　為抑制電源和地線(xiàn)噪聲，我們認(rèn)為在車(chē)用VCD設(shè)計(jì)中可采取以下措施：

　　(1)、選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(zhǎng)度，以減小元件分布電感的影響；選用噪聲容限大的數(shù)字IC。

　　(2)、在VDD及VOC電源端盡可能靠近器件接入濾波電容，以縮短開(kāi)關(guān)電流的流通途徑，用10μF鋁電解和0.1μF獨(dú)石電容并聯(lián)接在電源腳上。對(duì)于MPEG板主電源輸入端和MPEG解碼芯片以及DRAM，SDRAM等高速數(shù)字IC的電源端可用鉭電解電容代替鋁電解電容，因?yàn)楦哳l時(shí)鉭電解的對(duì)地阻抗比鋁電解小得多。

　　(3)、印制板布局時(shí)，要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開(kāi)，電源和地線(xiàn)單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn)；PCB布線(xiàn)時(shí)，高頻數(shù)字信號(hào)線(xiàn)要用短線(xiàn)，主要信號(hào)線(xiàn)*好集中在PCB板中心，時(shí)鐘發(fā)生電路應(yīng)在板中心附近，時(shí)鐘扇出應(yīng)采用菊鏈?zhǔn)交虿⒙?lián)布線(xiàn)，電源線(xiàn)盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號(hào)線(xiàn)或用地線(xiàn)隔開(kāi)。

　　(4)、印制板的電源線(xiàn)和地線(xiàn)印制條盡可能寬，以減小線(xiàn)電阻，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

　　(5)、對(duì)數(shù)?；旌想娐?，VDD與VOC應(yīng)連到模擬電源VOC，AGND與DGND接到模擬地AGND。根據(jù)BB，PHILIPS，ALPINE公司實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議把D／A器件視為模擬器件，MPEG電路與D／A器件連接中，D／A器件必須置于AGND上，同時(shí)要提供一條數(shù)字回路供這些數(shù)字噪聲／能量反饋回信號(hào)源，以減小數(shù)字器件的噪聲對(duì)模擬電路的影響，使D／A器件的動(dòng)態(tài)特性提高。

　　根據(jù)實(shí)測(cè)VCD機(jī)MPEG解壓板數(shù)字電源VDD與模擬電源VOC的噪聲電平，得知電源上疊加的噪聲電平已相當(dāng)小，VDD噪聲電平與VOC噪聲電平波形基本一致，且數(shù)字電源噪聲電平(VPP=85mV)明顯大于模擬電源的噪聲電平，這說(shuō)明這些干擾脈沖主要由數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的。

　　2、 汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容抗干擾中反射干擾噪聲的抑制

　　在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳輸因其傳輸線(xiàn)路始端和終端阻抗不匹配，所傳輸信號(hào)會(huì)在阻抗不連續(xù)處產(chǎn)生反射，使傳輸?shù)男盘?hào)波形出現(xiàn)上沖、下降和振蕩。反射還會(huì)降低器件噪聲容限。加大延遲時(shí)間，如傳輸線(xiàn)傳輸時(shí)間與所傳輸?shù)难舆t時(shí)間大致相同，引起的反射會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果，有的使傳輸?shù)男畔a(chǎn)生錯(cuò)誤，有的使電壓超過(guò)電路的極限值影響電路的正常工作。

　　通常情況下，傳輸線(xiàn)是無(wú)損耗線(xiàn)，單 位長(zhǎng)度傳輸線(xiàn)的傳輸時(shí)間τ=(LC)?，特性阻抗ZO=(L/C) ?，其中C，L為單位長(zhǎng)度傳輸線(xiàn)的分布電容和分布電感。傳輸線(xiàn)*大匹配線(xiàn)長(zhǎng)度lmax=tτv／k，式中，tτ為傳輸信號(hào)的前沿時(shí)間，v為電磁波在傳輸線(xiàn)中的傳播速度，用聚乙烯線(xiàn)時(shí)為2×108 m／s，k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，常取4-5。如果傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度超過(guò)lmax，應(yīng)在其始端和終端進(jìn)行阻抗匹配。否則由于阻抗不匹配就會(huì)造成信號(hào)嚴(yán)重畸變。這里筆者以VCD機(jī)機(jī)芯DSP信號(hào)輸出端至MPEG板之間傳輸線(xiàn)為例進(jìn)一步加以說(shuō)明。用長(zhǎng)10cm束捆線(xiàn)和長(zhǎng)60cm扁平電纜作傳輸線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),先用束捆線(xiàn)作實(shí)驗(yàn)，用YOKOGAWADL-1540數(shù)字波器測(cè)得DSP輸出端和MPEG板輸入端的波形基本一致，上升沿時(shí)間tτ10 ns，其lmax=50cm，因此束捆線(xiàn)長(zhǎng)度小于lmax，故不必進(jìn)行阻抗匹配。若把束捆線(xiàn)換成長(zhǎng)60cm的扁平電纜，根據(jù)波形知，換成扁平電纜后，波形畸變明顯變大，主要是上升沿變差，上升時(shí)間tτ變大和波形的峰谷比變大。其原因是扁平電纜的長(zhǎng)度大于lmax，傳輸電纜要作長(zhǎng)線(xiàn)處理，其阻抗必須進(jìn)行匹配。DSP輸出的上升時(shí)間變長(zhǎng)是由于反射至DSP輸出端反射波反射系數(shù)有正有負(fù)而形成波峰和波谷使上升時(shí)間變長(zhǎng)，DATA，LRCK波形也有類(lèi)似情況。

　　上述比較實(shí)驗(yàn)顯示，要想抑制反射干擾，就要設(shè)法使發(fā)送端和終端的阻抗匹配，或者把傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度盡可能縮短，即：

　　(1)、DSP輸出端加適當(dāng)電阻使之與束捆線(xiàn)和扁平電纜的特性阻抗基本一致，使發(fā)送端的阻抗基本匹配，以抵消數(shù)字信號(hào)脈沖上升／下降的過(guò)沖。

　　(2)、把束捆線(xiàn)的長(zhǎng)度縮短為l<

　　(3)、用終端二極管取代匹配電阻，此法已廣泛應(yīng)用于數(shù)字IC的芯片制作中，作為輸入輸出端的匹配和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)。這種匹配方法有以下優(yōu)點(diǎn)：能改善終端波形；對(duì)發(fā)送端的電平高低沒(méi)有影響；補(bǔ)設(shè)方便，同機(jī)有多個(gè)負(fù)載時(shí)達(dá)到*佳匹配；具有保護(hù)作用，有效抑制過(guò)沖脈沖。

　　(4)、加整形電路可減小因連接線(xiàn)不匹配引起干擾噪聲，整形電路通常加在輸入端前，但要注意不能使信號(hào)產(chǎn)生新的相位變化。

　　3、 汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品設(shè)計(jì)的電磁兼容抗干擾中數(shù)字信號(hào)的串?dāng)_抑制

　　所謂串?dāng)_是指信號(hào)傳輸線(xiàn)在傳輸信號(hào)的過(guò)程中，在其相鄰信號(hào)線(xiàn)上引起嚴(yán)重的干擾噪聲，大多發(fā)生在扁平電纜、束捆導(dǎo)線(xiàn)或印制板電路上平行的印制導(dǎo)線(xiàn)之間。串?dāng)_的強(qiáng)弱與相鄰2信號(hào)線(xiàn)之間的互阻抗和信號(hào)本身的阻抗有關(guān)。下面討論扁平電纜的串?dāng)_問(wèn)題。
　　現(xiàn)代數(shù)字AV產(chǎn)品中，廣泛使用扁平電纜做連接導(dǎo)線(xiàn)，雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但若使用不當(dāng)，很易發(fā)生串?dāng)_，影響數(shù)字產(chǎn)品的正常工作。扁平電纜的各導(dǎo)線(xiàn)之間均有分布電容，經(jīng)測(cè)量，每10cm長(zhǎng)的相鄰導(dǎo)線(xiàn)間的分布電容約3pF。頻率為100MHz時(shí)，1pF電容的阻抗為1.6kΩ，而且扁平電纜導(dǎo)線(xiàn)的分布電容與其長(zhǎng)度成正比，布線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)串?dāng)_更嚴(yán)重。以VCD機(jī)為例，信號(hào)為數(shù)百千赫茲、數(shù)兆赫茲的方波和10～20MHz的時(shí)鐘信號(hào)，其含有的幾十倍的高次諧波，信號(hào)頻譜*高的近數(shù)百兆赫茲，這種高頻分量極易通過(guò)扁平電纜各導(dǎo)線(xiàn)之間的分布電容相互串?dāng)_。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別用60cm長(zhǎng)扁平電纜和10cm長(zhǎng)的束捆線(xiàn)連接DSP與MPEG板，得知，60cm扁平電纜上的干擾明顯比l0cm長(zhǎng)束捆線(xiàn)上的干擾大得多，說(shuō)明扁平電纜分布電容與長(zhǎng)度成正比，干擾又與分布電容成正比。如把DSP輸出端的BCK時(shí)鐘斷開(kāi)，LRCK干擾點(diǎn)明顯減少和干擾脈沖幅度下降。由此說(shuō)明干擾大部分來(lái)自BCK方波信號(hào)，控制好導(dǎo)線(xiàn)間距離可降干擾。在車(chē)用VCD中采取了以下措施：

　　(1)、盡可能縮短信號(hào)線(xiàn)的傳輸長(zhǎng)度。

　　(2)、在多種電平的信號(hào)傳輸時(shí)，應(yīng)盡量把前后沿時(shí)間相近的同級(jí)電平信號(hào)劃為一組傳輸。DATA，BCK，LRCK信號(hào)與主時(shí)鐘之間用一根地線(xiàn)相互隔離。必要時(shí)用屏蔽線(xiàn)代替束捆線(xiàn)來(lái)傳輸MCLK和BCK時(shí)鐘，減小串?dāng)_和輻射。

　　(3)、在雙面印制板布線(xiàn)時(shí)，正面?zhèn)鬏敻哳l數(shù)字信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，在其傳輸印制電路背面盡可能加大接地面積，這樣由于平行導(dǎo)線(xiàn)間的分布電容在導(dǎo)線(xiàn)接近地平面時(shí)會(huì)變小的緣故，信號(hào)線(xiàn)之間串音干擾會(huì)減小；在MPEG芯片，DRAM，SDRAM及其它高速數(shù)字器件印制板布線(xiàn)時(shí)，背面布上大片地線(xiàn)，地線(xiàn)旁路屏蔽器件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲。