現(xiàn)在我們討論幾種可以解決由系統(tǒng)噪聲和EMI引起的許多常見問題的技術。

       保持電流回路最短

　　低速信號電流沿阻抗最小，即最短的路徑返回源端。而高速信號則是沿電感最小的路徑返回：這樣的最小的回路面積位于信號線的下面，如圖1所示。

　　圖１：高速信號與低速信號電流的比較。

　　因此，高速信號設計的目標之一就是為信號電流提供最小的電感回路。這可以利用電源平面和地平面來實現(xiàn)。電源平面通過形成自然的高頻退耦電容將寄生電感降到最小。而地平面形成一個屏蔽面，即眾所周知的鏡像平面，能夠提供最短的電流回路。

　　一種有效的PCB布線方法就是將電源平面和地平面靠在一起。這樣形成了高平板電容和低阻抗，有利于降低噪聲和輻射。為了屏蔽，最好的選擇是：關鍵信號最好布到靠近地平面一邊，而其余的則應靠近電源平面一側。

　　在高速視頻系統(tǒng)中，保持回路短的目的意味著視頻地不能被隔離。而必須被隔離的音頻地，絕不能在數(shù)據(jù)輸入點處短接到數(shù)字地上，如圖2所示。

　　圖2：音頻地隔離。

　　電源隔離和鎖相環(huán)

　　如何實現(xiàn)最佳供電是控制噪聲和輻射的最大挑戰(zhàn)。動態(tài)負載開關環(huán)境很復雜，包括的因素有：進入和退出低功率模式；由總線競用和電容器充電所引起的很大的瞬態(tài)電流；由于退耦和布線不合理引起較大的電壓下降；振蕩器使線性調節(jié)器輸出過載。

　　圖3給出了一個設計電流回路的實例，其中利用了電源線退耦。該例中的退耦電容盡可能靠近DSP。如果沒有退耦，動態(tài)電流回路將較大，這將加大電源電壓的降幅，從而產生電磁輻射。

　　圖3：電源退耦。

　　為PLL供電時，電源隔離是非常重要的，因為PLL對噪聲非常敏感，并且對于穩(wěn)定系統(tǒng)來說，要求抖動非常低。你還需要選擇模擬的還是數(shù)字的PLL，模擬PLL對噪聲的敏感度比數(shù)字PLL要低。

　　圖4：PLL電源隔離。

　　如圖4所示的具有低截至頻率的∏型濾波器經(jīng)常被用來將PLL與系統(tǒng)中的其他高速電路隔離開。一個較好的辦法是利用一個低壓差（LDO）電壓調整器來獨立產生PLL的電源電壓，如圖5所示。該方法雖增加了成本，但確保了低噪聲和優(yōu)異的PLL性能。

　　圖5：利用LDO實現(xiàn)PLL電源的隔離。

       串擾及傳輸線效應

　　信號間的干擾，即串擾，可以通過電磁輻射在印制線間傳播。這也可能由電源和地平面上的無用信號以電氣的形式產生。串擾與印制線間距的平方成反比。因此，為了將串擾減到最小，單端信號的布線間距應至少是印制線寬度的2倍。對于像以太網(wǎng)和USB這類的差分信號，印制線間距需要與印制線寬度相同，目的是能夠與差分阻抗相匹配。關鍵信號可以用地和電源平面進行屏蔽，或者在改板時增加與信號并行的地線。

　　有些信號還產生引起串擾的高頻諧波。由于輻射的能量正比于信號的上升和下降時間，較慢的上升或下降時間引起的干擾將較小。圖6顯示出視頻干擾的實例，這些干擾可能由內部時鐘的輻射所引起。在北美地區(qū)第二頻道中，18.432MHz的音頻時鐘的三次諧波，將產生如圖中左側所示的干擾。通過在音頻時鐘印制線上增加一個串聯(lián)電阻來放慢時鐘的上升和下降時間，減小了干擾，其結果如圖6中的右側所示。不過，設計師需要了解定時裕度，以便于將上升和下降沿降低到系統(tǒng)所允許的限度內。

　　圖6：解決音視頻串擾。

　　與串擾相關的是傳輸線效應，這種效應在高速印制線變成產生輻射干擾的發(fā)射器時產生。通常，當信號的上升時間小于傳播延遲的2倍時，印制線才發(fā)射信號。這就暗示出了一個經(jīng)驗，即為了減小傳播延遲，印制線的長度應盡可能短。另一個是合理的信號端接將減慢信號的上升時間，從而將反射引起的過沖和欠沖減到最小。圖7顯示了如何利用并行端接來校正電平并將傳輸線效應減到最小。

　　圖7：利用端接將傳輸線效應減到最小。

　　設計師可能會質疑，既然芯片內部已經(jīng)集成了電阻，在外部端接負載電阻是否還有其重要性。實際上，除了控制傳輸線效應外，外部電阻還可以實現(xiàn)信號完整性的精密調整。DSP無法與電路板阻抗完全匹配，因此端接負載可以減小源電流，以及上升和下降時間。

　　與外部端接負載電阻一樣，外部的上拉和下拉電阻也是重要的。對于無連接的引腳來說，雖然內部的上拉和下拉電阻是足夠的，但高速開關噪聲能夠傳過來，并會誤觸發(fā)連接端上的內部邏輯。

　　控制EMI

　　能夠輻射到系統(tǒng)外的輻射被認為是EMI，這可能使設計無法通過FCC認證。有兩種可能的輻射：一種是發(fā)射源是一條直線型的信號印制線，或者電纜的共模輻射，另一種是其信號和回路構成一個大電流環(huán)路的差分模式輻射。共模輻射隨著頻率的升高而降低，而差分模式輻射則隨著頻率的升高而增強，直到其飽和點。這兩種模式的輻射如圖8和9所示。

　　圖8：共模輻射。

　　圖9：差模輻射。

　　如何處理EMI取決于輻射源。對于共模輻射，當EMI來自外部電纜時（例如圖8所示的情況），可以在電纜上加一個扼流圈。如果導致EMI的是內部傳輸線，則通常用端接負載的方式，不過在信號印制線間加入一條地線也有助于減小輻射。另一種可能的方案是將信號的印制線長度減短至小于信號波長（或信號頻率的倒數(shù)）的1/20。例如，為了避免傳輸輻射，500MHz的印制線應該短于1.18英寸。

　　對于差分模式輻射，所輻射的能量是電流、環(huán)路面積和頻率的函數(shù)。減小輻射的方法包括：端接負載來降低源電流，用合適的電流通道來提供可以減小回路面積的回路，或者降低頻率。#p#分頁標題#e#

　　在計算退耦電阻時，還應考慮動態(tài)電流。高速電流可能隨時變化，這種瞬變也會引起輻射。此外，改變電容器的值時要防止自諧振限制頻率范圍。PCB分層是一個好方案，因為電源層對高頻形成自然的退耦，而地層則提供最短的回路。把高速信號隔離起來，并使其遠離其他信號。如果可能的話，不要把地層隔開。盡管噪聲和輻射是由系統(tǒng)設計中的復雜的無用功能引起的，但通過上述的一些簡單方法還是可以控制的。

　　本文小結

　　高速的DSP視頻系統(tǒng)中有許多潛在的噪聲和輻射源，它們可以擾亂系統(tǒng)的工作，或者使設計通不過FCC的認證。所幸的是，對噪聲和輻射的規(guī)劃和掌握可以幫助系統(tǒng)設計師將這些問題減到最小。早期的努力將節(jié)省大量的調試工作和后期的麻煩。PCB布局和回路退耦是設計師可以限制系統(tǒng)噪聲和EMI的兩種常用技術。具備了這些技術，DSP視頻設計師就能有效地解決系統(tǒng)的噪聲和輻射。

　　作者：Thanh Tran

　　高級技術專家

　　TI公司