基于DSP的高速PCB抗干扰设计

随着DSP(数字信号处理器)的广泛应用，基于DSP的高速信号处理PCB板的设计显得尤为重要。在一个DSP系统中，DSP微处理器的工作频率可高达数百MHz，其复位线、中断线和控制线、集成电路开关、高精度A／D转换电路，以及含有微弱模拟信号的电路都非常容易受到干扰；所以设计开发一个稳定的、可靠的DSP系统，抗干扰设计非常重要。

干扰即干扰能量使接收器处在不希望的状态。干扰的产生分两种：直接的(通过导体、公共阻抗耦合等)和间接的(通过串扰或辐射耦合)。很多电器发射源，如光照、电机和日光灯都可以引起干扰，而电磁干扰EMI能产生影响有3个必需的途径，即干扰源、传播途径和干扰受体，只需要切断其中的一个就可以解决电磁干扰问题。

1 DSP系统的干扰产生分析  

为了做出一个稳定可靠的DSP系统，必须从各个方面来消除干扰，即使不能完全消除，也要尽量减少到最小。对于DSP系统而言，主要干扰来自于以下几个方面：

①输入输出通道干扰。指干扰通过前向通道和后向通道进入系统，如DSP系统的数据采集环节，干扰通过传感器迭加到信号上，使数据采集的误差增大。在输出环节，干扰可以将输出的数据误差增大，甚至完全错误，造成系统崩溃。可以合理利用光耦器件减小输入输出通道干扰，对于传感器和DSP主系统的干扰可利用电气隔离来阳档千扰讲入。

②电源系统的干扰。整个DSP系统的主要干扰源。电源在向系统提供电能的同时也将其噪声加到供电的电源上，必须在电源芯片电路设计时对电源线进行退耦。

③空间辐射耦合干扰。经过辐射的耦合通常称为串扰。串扰发生在电流流经导线时产生的电磁场，而电磁场在邻近的导线中感应瞬态电流，造成临近的信号失真，甚至错误。串扰的强度取决于器件、导线的几何尺寸及相隔距离。在DSP布线时，信号线间距越大，距离地线越近，就越可以有效地减小串扰。

2 针对产生干扰的原因设计PCB

下面给出如何在DSP系统的PCB制作过程中减小各种干扰的方法。

2.1 多层板的层叠式设计

DSP高速数字电路中，为了提高信号质量，降低布线难度，增加系统的EMC，一般采用多层板的层叠式设计。层叠式设计可以提供最短的回流路径，减小耦合面积，抑制差模干扰。在层叠式设计中，分配专门的电源层和地层，并且地层和电源层紧耦合对抑制共模干扰有好处(利用相邻的平面降低电源平面交流阻抗)。以图1所示的4层板为例来说明层叠式的设计方案。



采用这种4层PCB设计的结构有很多优点。在顶层(top层)下面有一层电源层，元器件的电源引脚可以直接接到电源，不用穿过地平面。关键的信号选布在底层(bottorn层)，使重要的信号走线空间更大，器件尽量放在同一层面上。若没有必要，不要做2层零件的板子，这样会增加装配时间和装配复杂度。如top层，只有当top层组件过密时，才将高度有限并且发热量小的器件，像退耦电容(贴片)放在bottom层。对于DSP系统可能有大量的线要布，采用层叠式设计，可以在内层走线。如果按照传统的通孔会浪费很多宝贵的走线空间，可以利用盲埋孔(blind／buried via)来增加走线面积。

2.2 布局设计

为了使DSP系统获得最佳性能，元器件的布局是非常重要的。首先放置DSP、Flash、SRAM和CPLD器件，这耍慎重考虑走线空间，然后按功能独立原则放置其他IC，最后考虑I／O口的放置。结合以上布局再考虑PCB的尺寸：若尺寸过大，会使印制线条太长，阻抗增加，抗噪声能力下降，制板费用也会增加；如果PCB太小，则散热不好，而且空间有限，邻近的线条容易受到干扰。所以要根据实际需要选择器件，结合走线空间，大体上算出PCB的大小。在对DSP系统布局时，以下器件的摆放位置要特别注意。

(1) 高速信号布局

在整个DSP系统中,DSP与Flash、SRAM之间是主要的高速数字信号线，所以器件之间的距离要尽量近，其连线尽可能短，并且直接连接。因此，为了减小传输线对信号质量的影响，高速信号走线应尽量短。还要考虑到很多速度达到几百MHz的DSP芯片，需要做蛇型绕线(delay tune)。这在下面布线中将重点阐述。

(2) 数模器件布局

在DSP系统中大多不是单一的功能电路，大量应用了CM0S的数字器件和数字模拟混合器件，所以要将数／模分开布局。模拟信号器件尽量集中，使模拟地能够在整个数字地中间画出一个独立的属于模拟信号的区域，避免数字信号对模拟信号的干扰。对于一些数模混合器件，如D／A转换器，传统上将其看作模拟器件，把它放在模拟地上，并且给其提供一个数字回路，让数字噪声反馈回信号源，减小数字噪声对模拟地的影响。

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