在视频系统中,主要的挑战是消除色彩失真,60Hz“嗡嗡”声以及音频敲击声。这些对高质量视频的系统都是有害的,例如安全监控方面的应用。实际上,上述这些问题通常都与视频电路板的设计不良有关。具体包括:电源噪声传到视频的DAC输出上;音频回放引起电源的瞬变;音频信号耦合到了高阻抗的视频电路的信号线上。

这些典型的视频问题源包括:同步和像素时钟的过冲和欠冲;影响色彩的编解码和像素时钟的抖动;缺少端接电阻的图像失真;音视频隔离较差引起的闪烁。

音视频应用容易产生的噪声干扰问题,对于所有要求具有很低误码率的通信系统来说也是常见的。在通信系统中,辐射不仅仅产生EMI问题,还会阻塞其他的通信信道,从而引起虚假的信道检测。采用适当的电路板设计技术、屏蔽技术以及RF和混合的模拟/数字信号的隔离等技术,就可以解决这些挑战。

在高速DSP系统中有许多潜在的开关噪声源,包括:信号线间的串扰;传输线效应引起的反射;退耦电容不合适所引起的电压降低;高电感的电源线,振荡器和锁相环电路;开关电源;线形调整器不稳定性所引起的大容性负载;磁盘驱动器。

这些问题由电耦合和磁耦合共同产生。电耦合的产生是由于相邻信号和电路的寄生电容和互感所引起,而磁耦合的形成是由于相邻的信号线形成辐射天线所导致。如果辐射干扰足够强的话,将会导致能够摧毁其他系统的EMI问题。

当高速DSP系统中的噪声无法根本消除时,则应该将其减到最小。电子元器件内部都有噪声,故仔细地选择器件特性,并选用适当的器件是至关重要的。除了器件的正确选择外,还有两种通用的技术,即PCB布线和回路退耦可以帮助控制系统噪声。一个优秀的PCB布线将降低噪声通道产生的可能性。另外,还减小了能够传播到印制线和电流回路上的辐射,退耦避免相邻电路产生的噪声影响。最好的方法是从源头上滤除噪声,不过也可以使相邻的电路对噪声不敏感或者消除噪声的耦合通道。

现在我们讨论几种可以解决由系统噪声和EMI引起的许多常见问题的技术。

保持电流回路最短

低速信号电流沿阻抗最小,即最短的路径返回源端。而高速信号则是沿电感最小的路径返回:这样的最小的回路面积位于信号线的下面,如图1所示。

如何处理DSP系统中的噪声和电磁干扰EMI

图1:高速信号与低速信号电流的比较。

因此,高速信号设计的目标之一就是为信号电流提供最小的电感回路。这可以利用电源平面和地平面来实现。电源平面通过形成自然的高频退耦电容将寄生电感降到最小。而地平面形成一个屏蔽面,即众所周知的镜像平面,能够提供最短的电流回路。