淺談DSP系統(tǒng)中的電磁兼容問題

　1 引言

　　自從20世紀80年代初期第一片數(shù)字信號處理器芯片（DSP）問世以來，DSP就以數(shù)字器件特有的穩(wěn)定性、可重復性、可大規(guī)模集成、特別是可編程性和易于實現(xiàn)自適應處理等特點，給數(shù)字信號處理的發(fā)展帶來了巨大機遇，應用領域廣闊。但由于DSP是一個相當復雜、種類繁多并有許多分系統(tǒng)的數(shù)、模混合系統(tǒng)，所以來自外部的電磁輻射以及內部元器件之間、分系統(tǒng)之間和各傳輸通道間的竄擾對DSP及其數(shù)據(jù)信息所產(chǎn)生的干擾，己嚴重地威脅著其工作的穩(wěn)定性、可靠性和安全性[1]。據(jù)統(tǒng)計，干擾引起的DSP事故占其總事故的90%左右。同時DSP又不可避免地向外輻射電磁波，對環(huán)境中的人體、設備產(chǎn)生干擾、妨礙或損傷。并且隨著DSP運算速度的提高，能夠實時處理的信號帶寬也大大增加，它的研究重點也轉到了高速、實時應用方面。但正是這樣，它的電磁兼容性問題也就越來越突出了，本文在DSP的電磁兼容性問題方面進行了一些探討。

　　2 DSP硬件方面的電磁兼容性

　　電磁兼容性（EMC）包含系統(tǒng)的發(fā)射和敏感度兩方面的問題。假若干擾不能完全消除，也要使干擾減少到最小。如果一個DSP系統(tǒng)符合下面三個條件，則該系統(tǒng)是電磁兼容的。(1) 對其它系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾；(2) 對其它系統(tǒng)的發(fā)射不敏感；(3) 對系統(tǒng)本身不產(chǎn)生干擾。

　　2.1 DSP中的干擾主要來源

　　電磁干擾是通過導體或通過輻射產(chǎn)生的，很多電磁發(fā)射源，如光照、繼電器、DC電機和日光燈都可引起干擾。AC電源線、互連電纜、金屬電纜和子系統(tǒng)的內部電路也都可能產(chǎn)生輻射或接收到不希望的信號。在高速數(shù)字電路中，時鐘電路通常是寬帶噪聲的最大產(chǎn)生源。在快速DSP系統(tǒng)中，這些電路可產(chǎn)生高達300MHz的諧波失真信號，在系統(tǒng)中應該把它們除掉。在數(shù)字電路中，最容易受影響的是復位線、中斷線和控制線。

　　2.2 DSP中的傳導性干擾

　　一種最明顯能引起電路噪聲的傳播路徑是經(jīng)過導體。一條穿過噪聲環(huán)境的導線可撿拾噪聲，并把噪聲送到另外電路而引起干擾。設計人員必須避免導線撿拾噪聲，如噪聲通過電源線進入電路后，若電源本身或連接到電源的其它電路是干擾源，則在電源線進入電路之前必須對其去耦。

　　2.3 DSP中的共阻抗耦合問題

　　當來自兩個不同電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時就會產(chǎn)生共阻抗耦合。阻抗上的壓降由兩個電路決定。來自兩個電路的地電流流經(jīng)共地阻抗，電路 1的地電位被地電流2調制，噪聲信號或DC補償經(jīng)共地阻抗從電路2耦合到電路1。

　　2.4 DSP中的輻射耦合問題

　　經(jīng)輻射產(chǎn)生的耦合通稱串擾。串擾是由電流流經(jīng)導體時產(chǎn)生的電磁場引起的，電磁場會在鄰近的導體中感應出瞬態(tài)電流。

　　2.5 DSP中的輻射現(xiàn)象

　　輻射有兩種基本類型：差分（DM）和共模（CM）兩種模式。共模輻射或單極天線輻射是由無意的壓降引起的，它使電路中所有的地連接抬高到系統(tǒng)地電位之上。就電場大小而言，CM輻射是比DM輻射更為嚴重的問題。為使CM輻射最小，必須用切合實際的設計使共模電流降到零。

　　2.6 影響EMC的因數(shù)

　?。?）電壓：電源電壓越高，意味著電壓振幅越大而發(fā)射就更多，而低電源電壓影響敏感度。

　　（2）頻率：高頻信號與周期性信號會產(chǎn)生更多的輻射。在高頻數(shù)字系統(tǒng)中，當器件處于開關狀態(tài)時將產(chǎn)生電流尖峰信號；在模擬系統(tǒng)中，當負載電流變化時也將產(chǎn)生電流尖峰信號。

　　（3）接地：在電路設計中，沒有比采用可靠和完美的地線連接方式更重要的事情了，在所有EMC問題中，大部分問題是由不適當?shù)慕拥匾鸬?。有單點、多點和混合三種信號接地方法。在頻率低于1MHz時可采用單點接地方法；在高頻應用中，最好采用多點接地；混合接地是低頻用單點接地和高頻用多點接地方法的結合。但高頻數(shù)字電路和低電平模擬電路的地回路絕對不能混合。

　?。?）PCB設計：適當?shù)挠∷㈦娐钒澹≒CB）布線對防止電磁干擾至關重要。

　?。?）電源去耦：當器件開關時，在電源線上會產(chǎn)生瞬態(tài)電流，必須衰減和濾掉這些瞬態(tài)電流，來自高di /dt源的瞬態(tài)電流導致地和線跡“發(fā)射”電壓。高d i/dt產(chǎn)生大范圍高頻電流，激勵部件和纜線輻射，流經(jīng)導線的電流變化和電感會導致壓降，減小電感或電流隨時間的變化可使該壓降最小。