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生源。在快速DSP系統(tǒng)中，這些電路可產生高達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)輻射產生的耦合通稱串擾。串擾是由電流流經(jīng)導體時產生的電磁場引起的，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)

(1)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。

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

(5)電源去耦：當器件開關時，在電源線上會產生瞬態(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。

2.7 DSP的硬件降噪技術

2.7.1 板結構、線路安排方面的降噪技術

(1)采用地和電源平板;(2)平板面積要大，以便為電源去耦提供低阻抗;(3)使表面導體最少;(4)采用窄線條(4到8密耳)以增加高頻阻尼和降低電容耦合;(5)分開數(shù)字、模擬、接收器、發(fā)送器地/電源線;(6)根據(jù)頻率和類型分隔PCB上的電路;(7)不要切痕PCB，切痕附近的線跡可能導致不希望的環(huán)路;(8)采用疊層結構是對大多數(shù)信號整體性問題和EMC問題的最好防范措施，它能夠做到對阻抗的有效控制，其內部的走線可形成易懂和可預測的傳輸線結構。且要密封電源和地板層之間的線跡;(9)保持相鄰激勵線跡之間的間距大于線跡的寬度以使串擾最小;(10)時鐘信號環(huán)路面積應盡量小;(11)高速線路和時鐘信號線要短且要直接連接;(12)敏感的線跡不要與傳輸高電流快速開關轉換信號的線跡并行;(13)不要有浮空數(shù)字輸入，以防止不必要的開關轉換和噪聲產生;(14)避免在晶振和其它固有噪聲電路下面有供電線跡;(15)相應的電源、地、信號和回路線跡要平行布景，以消除噪聲;(16)使時鐘線、總線和片使能端與輸入/輸出線和連接器分隔開來;(17)使路線時鐘信號與I/O信號處于正交位置;(18)為使串擾最小，線跡用直角交叉和散置地線;(19)保護關鍵線跡(用4密耳到8密耳線跡以使電感最小，路線緊靠地板層，板層之間夾層結構，保護夾層的每一邊都有地)。

2.7.2 采用濾波技術降噪方法

(1)對電源線和所有進入PCB的信號進行濾波，在IC的每一個點引腳處用高頻低電感陶瓷電容(14MHz用0.1 mF，超過15MHz用0.01mF)進行去耦;(2)旁路模擬電路的所有電源供電和基準電壓引腳;(3)旁路快速開關器件;(4)在器件引線處對電源/ 地去耦;(5)用多級濾波來衰減多頻段電源噪聲;(6)把晶振安裝嵌入到板上并且接地;(7)在適當?shù)牡胤郊悠帘?(8)安排鄰近地線緊靠信號線，以便更有效地阻止出現(xiàn)新的電場;(9)把去耦線驅動器和接收器適當?shù)胤胖迷诰o靠實際的I/O接口處，這可降低PCB與其它電路的耦合，并使輻射和敏感度降低;(10)對有干擾的引線進行屏蔽和絞在一起，以消除PCB上的相互耦合;(11)在感性負載上加箝位二極管。

3 DSP軟件設計時應采取的措施

軟件方面的干擾主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)不正確的算法產生錯誤的結果，最主要的原因是由于計算機處理器中的程序指數(shù)運算是近似計算，產生的結果有時有較大的誤差，容易產生誤動作;(2)由于計算機的精度不高，而加減法運算時要對階，大數(shù)“吃掉”了小數(shù)，產生了誤差積累，導致下溢的出現(xiàn)，也是噪聲的來源之一;(3)由于硬件方面的干擾引起的計算機出現(xiàn)的諸如：程序計數(shù)器PC值變化、數(shù)據(jù)采集誤差增大、控制狀態(tài)失靈、RAM數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化以及系統(tǒng)出現(xiàn)“死鎖”等現(xiàn)象。

3.1 采用攔截失控程序的方法

(1)在程序設計時應多采用單字節(jié)指令，并在關鍵處插入一些空操作指令，或將有效單字節(jié)指令重復幾次，這樣可保護其后的指令不被拆散，使程序運行走上正軌;(2)加入軟件陷阱：當PC值失控使程序失控后，CPU進入非程序區(qū)，這時可用一條引導指令，強迫程序進入初始入口狀態(tài)，進入程序區(qū)，可每隔一段設置一個陷阱;(3)軟件復位：當程序“走飛”時，運行監(jiān)視系統(tǒng)，使系統(tǒng)自動復位而重新初始化。

3.2 設立標志判斷

定義某單元為標志，在模塊主程序中把該單元的值設為某個特征值，然后在主程序的最后判斷該單元的值是否不變，若不同了則說明有誤，程序就轉入錯誤處理子程序。