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)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。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)方面在當(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)量大大增加,，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬,，功率逐漸增大，靈敏度提高,，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來(lái)越復(fù)雜,，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,。因?yàn)楦咚贁?shù)字電路工作時(shí),，會(huì)產(chǎn)生大量的高頻干擾信號(hào)，處理不好,，不僅影響本身性能,，而且還會(huì)影響周?chē)h(huán)境。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，處理系統(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)處理的速度越來(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,。若處理不當(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)娮釉O(shè)備的正常工作。現(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),。

二,、數(shù)字電路的常見(jiàn)干擾噪聲

對(duì)數(shù)字AV產(chǎn)品的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的噪聲有以下幾種,。

1,、電源噪聲：主要由于受DSP電路,、CPU、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器件和其它數(shù)字邏輯電路在工作過(guò)程中邏輯狀態(tài)高速變換造成系統(tǒng)電流和壓變化產(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)之間出現(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)形發(fā)生畸變或產(chǎn)生振蕩。

4,、串?dāng)_噪聲：由于扁平電纜或束捆導(dǎo)線(xiàn)等傳輸線(xiàn)之間,，印制電路板內(nèi)平行印制導(dǎo)線(xiàn)之間的電磁感應(yīng)以及高速開(kāi)關(guān)電流通過(guò)分電容等寄生參數(shù)把無(wú)用信號(hào)成分疊加在目的信號(hào)上引起的噪聲。

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)這些器件同時(shí)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,。由于車(chē)用VCD中有多條高頻數(shù)字信號(hào)線(xiàn),，因此，電源和地線(xiàn)的干擾相當(dāng)嚴(yán)重,。其次,，由于一部分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，由于VDD和VOC上的噪聲作用造成數(shù)?；旌想娐?，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）,、選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長(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電源端盡可能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的電源端可用鉭電解電容代替鋁電解電容,，因?yàn)楦哳l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),；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)盡可能遠(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)印制條盡可能寬,，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)?；旌想娐罚琕DD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器件必須置于AGND上,，同時(shí)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)處理系統(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)間大致相同,，引起的反射會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果,，有的使傳輸?shù)男畔a(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,。

通常情況下,，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,。如果傳輸線(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,。否則由于阻抗不匹配就會(huì)造成信號(hào)嚴(yán)重畸變,。這里筆者以VCD機(jī)機(jī)芯DSP信號(hào)輸出端至MPEG板之間傳輸線(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，因此束捆線(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)處理,，其阻抗必須進(jìn)行匹配,。DSP 輸出的上升時(shí)間變長(zhǎng)是由于反射至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)似情況,。

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,，或者把傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度盡可能縮短，即l

（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<
（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,，作為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,。

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)之間,。串?dāng)_的強(qiáng)弱與相鄰2信號(hào)線(xiàn)之間的互阻抗和信號(hào)本身的阻抗有關(guān)。下面討論扁平電纜的串?dāng)_問(wèn)題,。

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)，雖有很多優(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)之間均有分布電容,，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)之間的分布電容相互串?dāng)_。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）,、盡可能縮短信號(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)鐘之間用一根地線(xiàn)相互隔離,。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可能加大接地面積,，這樣由于平行導(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)之間串音干擾會(huì)減??；在MPEG芯片，DRAM,，SDRAM及其它高速數(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)處理系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

實(shí)際上，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)_相互之間有著密切聯(lián)系且密不可分,。反映在數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，其危害性最大的是高頻脈沖噪聲,。所以,，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(guān)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)工作完全正常,。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）、增加總線(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)定的懸浮狀態(tài)，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),，但不可能完全消除干擾,，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)就是承認(rèn)故障和錯(cuò)誤是客觀(guān)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)題也可解決,。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未用端的處理。對(duì)未用端一定要妥善處理,，否則噪聲很容易通過(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)作為設(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)格按照數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)要求,。