嵌入式系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)
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當(dāng)信號(hào)環(huán)路中的電阻、電感和電容符合R2≥4L/(C＋Ci)時(shí)振鈴現(xiàn)象可被抑制。其中R為傳輸線中的總電阻，可以通過(guò)在信號(hào)源端串接一個(gè)抑制電阻以滿足上式，等效于增加信號(hào)源的阻抗。此時(shí)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的上升時(shí)間會(huì)略有增加，所以抑制電阻不能取值過(guò)大。
2．1．3 傳輸線的長(zhǎng)線處理方法
當(dāng)傳輸線的長(zhǎng)度不符合式(2)時(shí)則稱為長(zhǎng)線，長(zhǎng)線不能用集中參數(shù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)替代，而要用傳輸線理論來(lái)分析，考慮到阻抗匹配問(wèn)題，即傳輸線兩端的負(fù)載阻抗和源阻抗都應(yīng)該和傳輸線特性阻抗Z0相等，否則會(huì)產(chǎn)生反射。
當(dāng)圖1中的傳輸線不符合式(2)時(shí)，他是一個(gè)長(zhǎng)線系統(tǒng)。設(shè)ZS為源阻抗，Z0為傳輸線特性阻抗，ZL為負(fù)載阻抗，當(dāng)信號(hào)從信號(hào)源出發(fā)通過(guò)傳輸線到達(dá)負(fù)載阻抗ZL時(shí)，如果ZL＝Z0則沒(méi)有反射，信號(hào)能量全部被ZL吸收，這是匹配狀態(tài)，ZL上的電壓就是信號(hào)的入射電壓U0。如果ZL≠Z0，即負(fù)載端不匹配，則入射能量不能被負(fù)載全部吸收，有一部分就被反射回去，有反射電壓存在。
同樣，在源端如果ZS＝Z0則是匹配狀態(tài)，如果不相等則也存在反射。當(dāng)源端和負(fù)載端都不匹配時(shí)信號(hào)將在源端和負(fù)載端來(lái)回反復(fù)反射，反射波和原信號(hào)疊加，如果傳輸線傳輸?shù)氖敲}沖數(shù)字信號(hào)則多重反射將使脈沖邊沿產(chǎn)生臺(tái)階、上沖和下沖等問(wèn)題。當(dāng)出現(xiàn)多重反射時(shí)負(fù)載端會(huì)出現(xiàn)與振鈴現(xiàn)象相似的波形，影響系統(tǒng)抗擾性能。
根據(jù)式(2)可以計(jì)算對(duì)應(yīng)于不同脈沖上升時(shí)間的最小的長(zhǎng)線長(zhǎng)度，傳輸線超過(guò)最小長(zhǎng)線長(zhǎng)度時(shí)就要考慮阻抗匹配的問(wèn)題。具體應(yīng)用時(shí)可以在源端和負(fù)載端加入RCL網(wǎng)絡(luò)來(lái)匹配傳輸線的阻抗。
2．1．4 共模騷擾和差模騷擾
騷擾信號(hào)在導(dǎo)線上傳輸時(shí)有2種方式：共模方式和差模方式。共模噪聲變成差模噪聲后才能對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾，因?yàn)橛杏眯盘?hào)都是差模形式的。這種轉(zhuǎn)換是由電路中傳輸線對(duì)參考端的阻抗是否平衡來(lái)決定的。
圖2是一個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)的阻抗特性圖，圖中的4個(gè)電阻分別表示傳輸線在2個(gè)設(shè)備中的對(duì)地阻抗。2個(gè)設(shè)備相距較遠(yuǎn)其地線與機(jī)殼連入大地，如果2個(gè)設(shè)備的接地點(diǎn)之間存在噪聲信號(hào)，則由其產(chǎn)生的噪聲電流會(huì)沿著2條傳輸線流動(dòng)，假如設(shè)備中傳輸線對(duì)地的阻抗不相等的話，2條傳輸線中的噪聲電流也不相等，這時(shí)共模噪聲就變成差模噪聲干擾有用信號(hào)。
在計(jì)算機(jī)串行總線中，RS232使用非平衡方式，只有十幾米的傳輸距離。而RS422采用平衡傳輸方式，則達(dá)到了上千米的傳輸距離。在設(shè)計(jì)遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該仔細(xì)考慮信號(hào)線之間的阻抗平衡問(wèn)題。
2．1．5 共阻抗耦合
當(dāng)設(shè)備或元器件共用信號(hào)線或電源線時(shí)，他們之間就會(huì)通過(guò)公共阻抗產(chǎn)生相互干擾，如共用電源則稱共電源阻抗干擾，共用地線稱共地線阻抗干擾。
圖3中，電路1和電路2分別與電源各自形成一個(gè)電流回路，其中一個(gè)電路電流的增加必將使另一個(gè)電路的電流減少。電流的不斷變化，就會(huì)產(chǎn)生變化無(wú)常的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，引起電磁噪聲，并通過(guò)電源線、地線形成復(fù)雜的交叉干擾。
在高頻數(shù)字系統(tǒng)中，當(dāng)電路1工作時(shí)，會(huì)在回路公共阻抗上產(chǎn)生高頻數(shù)字噪聲，該噪聲在電路2的回路中使地線“飄動(dòng)”。不穩(wěn)定的地線將嚴(yán)重降低運(yùn)算放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等電路的性能。削弱電源系統(tǒng)共阻抗耦合的措施主要有以下2個(gè)：
(1)降低接入阻抗
電源線的布線要根據(jù)電流的大小，盡量加大導(dǎo)線的寬度，使電源線、地線的走向與信號(hào)傳輸方向一致，減少存在噪聲的單元和其他單元之間公共電源阻抗，有助于增強(qiáng)抗噪聲的能力。電路板要按功能分區(qū)，各分區(qū)電路地線相互并聯(lián)，一點(diǎn)接地。當(dāng)電路板上有多個(gè)電路單元時(shí)，應(yīng)使各單元有獨(dú)立的地線回路，各單元集中一點(diǎn)與公共地相連。這樣各自產(chǎn)生的噪聲電流不會(huì)流入其他單元，避免相互串?dāng)_。
評(píng)論