電路設計 - 基於DSP的高速PCB抗干擾設計 2

介紹

With the wide application of DSP (digital signal processor), 一種高速信號處理的設計 PCB板 基於DSP的設計尤為重要. 在DSP系統中, DSP微處理器的工作頻率可高達數百MHz. 其重置線, 中斷線和控制線, 集成電路開關, 高精度A/D轉換電路, 而含有微弱類比信號的電路都很容易受到干擾； 因此, 設計和開發穩定可靠的DSP系統, 抗干擾設計非常重要.

1 DSP系統干擾產生分析

對於DSP系統，主要干擾來自以下方面：

1、輸入/輸出通道干擾。 指通過前向通道和後向通道進入系統的干擾，例如DSP系統的資料獲取連結。 干擾通過感測器疊加在訊號上，這新增了資料獲取的誤差。 在輸出連結中，干擾可能會新增輸出數據錯誤，甚至產生完全錯誤，導致系統崩潰。 可以合理使用光耦器件來减少輸入和輸出通道的干擾，並且可以使用感測器和DSP主系統的干擾來電隔離干擾。

2、電力系統的干擾。 整個DSP系統的主要干擾源。 電源在向系統供電的同時會向電源添加雜訊。 在電源晶片的電路設計過程中，電源線必須解耦。

3、空間輻射耦合干擾。 通過輻射的耦合通常稱為串擾。 當電流流過導線時產生的電磁場中會發生串擾，電磁場會在相鄰導線中感應瞬態電流，導致附近的訊號失真甚至出錯。 串擾的强度取決於器件和導線的幾何尺寸和分離距離。 在DSP佈線中，訊號線間距越大，越靠近地線，减少串擾的效果就越有效。

2針對干擾原因設計PCB

下麵顯示了如何减少中的各種干擾 PCB製造 DSP系統流程.

2.1多層板的堆疊設計

在DSP高速數位電路中，為了提高訊號質量，降低佈線難度，新增系統的電磁相容性，通常採用多層設計。 堆疊設計可以提供最短的返回路徑，减少耦合面積，並抑制差模干擾。 在堆疊設計中，專用功率層和接地層的分佈以及接地層和功率層的緊密耦合有利於抑制共模干擾（使用相鄰平面降低功率平面的交流阻抗）。 以4層板為例說明了堆疊設計方案。

採用這種4層PCB設計結構有許多優點。 頂層下麵有一個電源層，組件的電源引脚可以直接連接到電源，而無需穿過接地層。 關鍵訊號選擇在底層（底層），以便重要訊號佈線空間更大，並且設備盡可能放置在同一層上。

2.2佈局設計

為了獲得DSP系統的最佳效能，部件的佈局非常重要。 首先放置DSP、Flash、SRAM和CPLD設備，仔細考慮佈線空間，然後根據功能獨立的原則放置其他IC，最後考慮I/O埠的放置。 結合以上佈局，考慮PCB尺寸：如果尺寸太大，印刷線路會太長，阻抗會新增，抗噪性會降低，板成本會新增； 如果PCB太小，散熱不好，空間有限，相鄰線路容易受到干擾。 囙此，應根據實際需要選擇器件，結合佈線空間，粗略計算PCB的尺寸。 在佈置DSP系統時，請特別注意以下設備的放置。

（1）高速訊號佈局

在整個DSP系統中，主要的高速數位信號線位於DSP和閃存以及SRAM之間，囙此設備之間的距離應盡可能近，並且它們的連接應盡可能短並直接連接。 囙此，為了减少傳輸線對訊號質量的影響，高速訊號軌跡應盡可能短。 此外，考慮到許多速度高達數百MHz的DSP晶片需要蛇形繞組（延遲調諧）。 這將在下麵的接線中強調。

（2）數模器件佈局

大多數DSP系統沒有單一的功能電路，使用了大量的CM0數位器件和數模混合器件，囙此數位/類比佈局應該分開。 類比信號設備盡可能集中，以便類比地可以在整個數位地的中間繪製屬於類比信號的獨立區域，從而避免數位信號對類比信號的干擾。 一些數模混合設備，如D/A轉換器，傳統上被視為類比設備，放置在類比地面上，並配備數位回路，以允許數位雜訊迴響到信號源，以减少數位雜訊對類比地面的影響。

（3）時鐘的佈局

對於時鐘、晶片選擇和匯流排訊號，盡可能遠離輸入/輸出線和連接器。 DSP系統的時鐘輸入極易受到干擾，其處理非常關鍵。 始終確保時鐘發生器盡可能靠近DSP晶片，並使時鐘線盡可能短。 時鐘晶體振盪器的外殼優選接地。

（4）解耦佈局

為了减少集成電路晶片電源上電壓的暫態超調，在集成電路晶片上添加了去耦電容，可以有效地消除電源上的毛刺影響，减少功率回路在PCB上的反射。 添加去耦電容器可以繞過積體電路設備的高頻雜訊，也可以用作儲能電容器，以提供和吸收集成電路門打開和關閉的暫態充放電能量。

在DSP系統中，為每個集成電路（如DSP、SRAM、Flash等）放置去耦電容器，並將其添加到晶片的每個電源和接地之間，並特別注意去耦電容器盡可能靠近電源端子（源）和IC元件引脚。 確保來自電源端子（電源端子）和集成電路的電流純度，並盡可能縮短雜訊路徑。

（5）電源佈置圖

開發DSP系統時, 需要仔細考慮電源. 因為有些功率晶片會產生很多熱量, 它們應放置在有利於散熱的位置，並應與其他部件分開 PCB組件 一定距離. 您可以使用散熱器或在設備下方鋪設銅來散熱. 小心不要將發熱組件放在開發板的底層.