閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
測(cè)試測(cè)量

DSP系統(tǒng)中的噪聲和EMI問(wèn)題(一)

星之球激光 來(lái)源:TI2012-05-21 我要評(píng)論(0 )   

在任何高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,處理噪聲和電磁干擾(EMI)都是一個(gè)必然的挑戰(zhàn)。處理音視頻和通信信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)特別容易遭受這些干擾,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該及早搞清...

  在任何高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,處理噪聲和電磁干擾(EMI)都是一個(gè)必然的挑戰(zhàn)。處理音視頻和通信信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)特別容易遭受這些干擾,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該及早搞清楚潛在的噪聲和干擾源,并及早采取措施將這些干擾降到最小。良好的規(guī)劃將減少調(diào)試階段中的大量時(shí)間和工作的反復(fù),從而會(huì)節(jié)省總的設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。

  如今,最快的DSP的內(nèi)部時(shí)鐘速率高達(dá)數(shù)千兆赫,而發(fā)射和接收信號(hào)的頻率高達(dá)幾百兆赫。這些高速開(kāi)關(guān)信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲和干擾,將影響系統(tǒng)性能并產(chǎn)生電平很高的EMI。而DSP系統(tǒng)也變得更加復(fù)雜,比如具有音視頻接口、LCD和無(wú)線通信功能,以太網(wǎng)和USB控制器、電源、振蕩器、驅(qū)動(dòng)控制以及其他各種電路,所有這些都將產(chǎn)生噪聲,也都會(huì)受到相鄰元器件的影響。音視頻系統(tǒng)中特別容易產(chǎn)生這些問(wèn)題,因?yàn)樵肼晻?huì)引起敏感的模擬性能的下降,而對(duì)于離散的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)卻不明顯。

  至關(guān)重要的是從設(shè)計(jì)的一開(kāi)始就著手解決噪聲和干擾問(wèn)題。許多設(shè)計(jì)第一次都沒(méi)有通過(guò)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的電磁兼容測(cè)試。如果在早期的設(shè)計(jì)中在低噪聲和低干擾設(shè)計(jì)方法上花費(fèi)一些時(shí)間,就會(huì)減少后續(xù)階段的重新設(shè)計(jì)成本和產(chǎn)品的上市時(shí)間的延遲。因此,從設(shè)計(jì)的一開(kāi)始,開(kāi)發(fā)工程師就應(yīng)該著眼于:

  1. 選用在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下具有低開(kāi)關(guān)噪聲的電源;

  2. 將高速信號(hào)線間的串?dāng)_降到最?。?/p>

  3. 高頻和低頻退耦;

  4. 具有最小傳輸線效應(yīng)的優(yōu)良的信號(hào)完整性;

  如果實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo),開(kāi)發(fā)工程師就能有效避免噪聲和EMI方面的缺陷。

 

  噪聲的影響及控制

 

  對(duì)于高速DSP而言,降低噪聲是最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。來(lái)自任何噪聲源的過(guò)大的噪聲,都會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)邏輯和鎖相環(huán)(PLL)失效,從而降低可靠性。還會(huì)導(dǎo)致影響FCC認(rèn)證測(cè)試的輻射干擾。此外,調(diào)試一個(gè)噪聲很大的系統(tǒng)是極端困難的;因此,要消除噪聲-如果能夠徹底消除的話-則要求在電路板設(shè)計(jì)中花費(fèi)大量的功夫。

  在音視頻系統(tǒng)中,即便是比較小的干擾,也會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品的性能產(chǎn)生顯著的影響。例如,音頻捕獲和回放系統(tǒng)中,性能將取決于所用的音頻編解碼的質(zhì)量,電源的噪聲,PCB布線質(zhì)量,以及相鄰電路間的串?dāng)_大小等。而且,采樣時(shí)鐘的穩(wěn)定度也要求非常高,以避免出現(xiàn)不希望的雜音,如在回放和捕獲過(guò)程中的“砰砰”聲和“咔嚓”聲。

  在視頻系統(tǒng)中,主要的挑戰(zhàn)是消除色彩失真,60Hz“嗡嗡”聲以及音頻敲擊聲。這些對(duì)高質(zhì)量視頻的系統(tǒng)都是有害的,例如安全監(jiān)控方面的應(yīng)用。實(shí)際上,上述這些問(wèn)題通常都與視頻電路板的設(shè)計(jì)不良有關(guān)。具體包括:電源噪聲傳到視頻的DAC輸出上;音頻回放引起電源的瞬變;音頻信號(hào)耦合到了高阻抗的視頻電路的信號(hào)線上。

  這些典型的視頻問(wèn)題源包括:同步和像素時(shí)鐘的過(guò)沖和欠沖;影響色彩的編解碼和像素時(shí)鐘的抖動(dòng);缺少端接電阻的圖像失真;音視頻隔離較差引起的閃爍。

  音視頻應(yīng)用容易產(chǎn)生的噪聲干擾問(wèn)題,對(duì)于所有要求具有很低誤碼率的通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也是常見(jiàn)的。在通信系統(tǒng)中,輻射不僅僅產(chǎn)生EMI問(wèn)題,還會(huì)阻塞其他的通信信道,從而引起虛假的信道檢測(cè)。采用適當(dāng)?shù)碾娐钒逶O(shè)計(jì)技術(shù)、屏蔽技術(shù)以及RF和混合的模擬/數(shù)字信號(hào)的隔離等技術(shù),就可以解決這些挑戰(zhàn)。

  在高速DSP系統(tǒng)中有許多潛在的開(kāi)關(guān)噪聲源,包括:信號(hào)線間的串?dāng)_;傳輸線效應(yīng)引起的反射;退耦電容不合適所引起的電壓降低;高電感的電源線,振蕩器和鎖相環(huán)電路;開(kāi)關(guān)電源;線形調(diào)整器不穩(wěn)定性所引起的大容性負(fù)載;磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。

  這些問(wèn)題由電耦合和磁耦合共同產(chǎn)生。電耦合的產(chǎn)生是由于相鄰信號(hào)和電路的寄生電容和互感所引起,而磁耦合的形成是由于相鄰的信號(hào)線形成輻射天線所導(dǎo)致。如果輻射干擾足夠強(qiáng)的話,將會(huì)導(dǎo)致能夠摧毀其他系統(tǒng)的EMI問(wèn)題。

  當(dāng)高速DSP系統(tǒng)中的噪聲無(wú)法根本消除時(shí),則應(yīng)該將其減到最小。電子元器件內(nèi)部都有噪聲,故仔細(xì)地選擇器件特性,并選用適當(dāng)?shù)钠骷侵陵P(guān)重要的。除了器件的正確選擇外,還有兩種通用的技術(shù),即PCB布線和回路退耦可以幫助控制系統(tǒng)噪聲。一個(gè)優(yōu)秀的PCB布線將降低噪聲通道產(chǎn)生的可能性。另外,還減小了能夠傳播到印制線和電流回路上的輻射,退耦避免相鄰電路產(chǎn)生的噪聲影響。最好的方法是從源頭上濾除噪聲,不過(guò)也可以使相鄰的電路對(duì)噪聲不敏感或者消除噪聲的耦合通道。
   

 

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

暫無(wú)關(guān)鍵詞
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來(lái)源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來(lái)源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)向本網(wǎng)提出書(shū)面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會(huì)依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評(píng)
0相關(guān)評(píng)論
精彩導(dǎo)讀