介紹汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品的抗干擾研究   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

一、 引言
電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

電磁兼容技術(shù)是一門(mén)迅速發(fā)展的交叉學(xué)科，涉及電子、計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個(gè)在當(dāng)今信息社會(huì)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越，特別隨著數(shù)字化產(chǎn)品的不斷問(wèn)世，其電磁兼容性的設(shè)計(jì)越來(lái)越引起人們的重視。高速數(shù)字電路工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的高頻干擾信號(hào)，不好，不僅影響本身性能，而且還會(huì)影響周?chē)�環(huán)境。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

如VCD視盤(pán)機(jī)MPEG1視頻數(shù)據(jù)率和音頻數(shù)據(jù)率之和約1.5Mb／s；DVDMPEG2音視頻可變碼率平均為4.69Mb／s，最大速率達(dá)10.7Mb／s，系統(tǒng)又與高速的存儲(chǔ)器配合使用進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。隨著碼率的不斷提高，數(shù)字信號(hào)的速度越來(lái)越快，產(chǎn)生與速度成正比的大量干擾脈沖，也頻率越來(lái)越高，幅度越來(lái)越大，這對(duì)產(chǎn)品的抗干擾設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的難度，也是產(chǎn)品品質(zhì)高低的關(guān)鍵所在。若不當(dāng)，將影響音視頻的質(zhì)量和讀盤(pán)糾錯(cuò)能力。嚴(yán)重時(shí)高頻干擾脈沖會(huì)通過(guò)電源或空間輻射出來(lái)，影響周?chē)�電子設(shè)備的正常工作�，F(xiàn)以Car-VCD機(jī)為例討論數(shù)字AV產(chǎn)品的抗干擾設(shè)計(jì)。    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

二、 數(shù)字電路的干擾噪聲    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

對(duì)數(shù)字AV產(chǎn)品的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)，的噪聲有以下幾種。
1、 電源噪聲：主要受DSP電路、CPU、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和數(shù)字邏輯電路在工作過(guò)程中邏輯高速變換造成系統(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)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：扁平電纜或束捆導(dǎo)線(xiàn)等傳輸線(xiàn)，印制電路板內(nèi)平行印制導(dǎo)線(xiàn)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。    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

三、 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。車(chē)用VCD中有多條高頻數(shù)字信號(hào)線(xiàn)，，電
源和地線(xiàn)的干擾相當(dāng)嚴(yán)重。其次，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，VDD和VOC上的噪聲作用造成數(shù)�；旌想娐罚�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，筆者認(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的電源端鉭電解電容代替鋁電解電容，高頻時(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)；   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

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)最好集中在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)模混合電路，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器件置于AGND上，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、 反射干擾噪聲的抑制

在數(shù)字信號(hào)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，引起的反射會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果，有的使傳輸?shù)男畔�產(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)½，特性阻抗ZO=(L/C) ½，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)最大匹配線(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。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。否則阻抗不匹配就會(huì)造成信號(hào)嚴(yán)重畸變。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

這里筆者以VCD機(jī)機(jī)芯DSP信號(hào)輸出端至MPEG板傳輸線(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YOKOGAWA DL-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，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)，其阻抗進(jìn)行匹配。DSP輸出的上升時(shí)間變長(zhǎng)是反射至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。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

 

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，把傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度盡縮短，即l<lmax，是民用產(chǎn)品，還要考慮到生產(chǎn)成本及生產(chǎn)加工過(guò)程方便等原因。在車(chē)用VCD中采取的主要措施有：    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

(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<<lmax，因線(xiàn)很短，波形畸變輕微。結(jié)果使DSP的波形明顯改善。
(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，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)到最佳匹配；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。
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3、 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)。串?dāng)_的強(qiáng)弱與相鄰2信號(hào)線(xiàn)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。    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

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)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)頻譜最高的近數(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)的分布電容串?dāng)_。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�

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)鐘用一根地線(xiàn)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加大接地面積，這樣平行導(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)串音干擾會(huì)減�。辉贛PEG芯片，DRAM，SDRAM它高速數(shù)字器件印制板布線(xiàn)時(shí)，其背面布上大片地線(xiàn)，地線(xiàn)旁路屏蔽器件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲。

四、 數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

上，電源線(xiàn)電流變化產(chǎn)生的感應(yīng)壓降、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆瓷涓蓴_和數(shù)字信號(hào)間的串?dāng)_有著密切聯(lián)系且密不可分。反映在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，其危害性最大的是高頻脈沖噪聲。，抑制高頻脈沖噪聲是數(shù)字AV產(chǎn)品電磁兼容性設(shè)計(jì)的重要組成部分。

如在VCD整機(jī)調(diào)試過(guò)程中遇到整機(jī)工作時(shí)功能出錯(cuò)，通過(guò)內(nèi)置檢測(cè)程序檢測(cè)CPU和MPEG芯片CL680A1連接處，用示波器觀察HRDY和HCK上的高頻毛刺較大，采用在HRDY上并聯(lián)一個(gè)51pF電容，用觸發(fā)器對(duì)HCK進(jìn)行整形，用內(nèi)置檢測(cè)程序檢測(cè)數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確率達(dá)到100％，整機(jī)工作正常。為提高系統(tǒng)的抗干擾性能，在數(shù)字AV產(chǎn)品中可采用如下措施：

(1)、總線(xiàn)的抗干擾能力。采用三態(tài)門(mén)方式總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，總線(xiàn)加上拉電阻使總線(xiàn)在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而消除總線(xiàn)處于電壓不穩(wěn)定的懸浮，總線(xiàn)須加緩沖器。
(2)、用軟件消除干擾。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，雖在硬件上作了種種改進(jìn)，但不消除干擾，如出現(xiàn)系統(tǒng)“死機(jī)”和數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等，從軟件著手可加以改進(jìn)：使用監(jiān)控計(jì)時(shí)器(Watch Dog Timer)來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)是否受干擾，一旦系統(tǒng)受到干擾則立即采取中斷系統(tǒng)重新初始化后再啟動(dòng)，以消除干擾影響。采用軟件容錯(cuò)技術(shù)承認(rèn)故障和錯(cuò)誤是客觀事實(shí)，并考慮采取措施來(lái)消除、抑制、減小其造成的影響。
(3)、提高系統(tǒng)控制信號(hào)抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET，STB等控制線(xiàn)，CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線(xiàn)阻抗較高，易受脈沖噪聲干擾，在被控器件的對(duì)等控制信號(hào)端并接一個(gè)20pF電容以消除干擾，而對(duì)RESET等控制信號(hào)并接0.01µF電容，干擾問(wèn)題也可。對(duì)控制線(xiàn)加緩沖驅(qū)動(dòng)器，使控制線(xiàn)的阻抗變低，也具有抑制干擾的作用。
(4)、IC未用端的。對(duì)未用端要妥善，否則噪聲很通過(guò)分布電容對(duì)電路造成干擾。如TTL、CMOS電路的不用端加1～10kΩ的上拉電阻，觸發(fā)器不用的輸出端并聯(lián)一個(gè)小容量的陶瓷電容等。

五、 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)際上十分重視電子產(chǎn)品的EMC設(shè)計(jì)，歐美、日本等的電子產(chǎn)品的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制執(zhí)行的。在汽車(chē)數(shù)字AV產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制過(guò)程中，應(yīng)把EMC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過(guò)程的重要一環(huán)，從元件選購(gòu)、電路板設(shè)計(jì)及整機(jī)整體布局應(yīng)嚴(yán)格數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)要求。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www_dziuu_com）整理提供，部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正�！�