汽车数字AV产品的抗干扰研究

2、 反射干扰噪声的抑制

在数字信号处理系统中，时钟信号和数字信号传输因其传输线路始端和终端阻抗不匹配，所传输信号会在阻抗不连续处产生反射，使传输的信号波形出现上冲、下降和振荡。反射还会降低器件噪声容限。加大延迟时间，如传输线传输时间与所传输的延迟时间大致相同，引起的反射会带来严重后果，有的使传输的信息产生错误，有的使电压超过电路的极限值影响电路的正常工作。

通常情况下，传输线是无损耗线，单 位长度传输线的传输时间τ=(LC)½，特性阻抗ZO=(L/C) ½，其中C，L为单位长度传输线的分布电容和分布电感。传输线最大匹配线长度lmax=tτv／k，式中，tτ为传输信号的前沿时间，v为电磁波在传输线中的传播速度，用聚乙烯线时为2×108 m／s，k为经验常数，常取4-5。如果传输线的长度超过lmax，应在其始端和终端进行阻抗匹配。否则由于阻抗不匹配就会造成信号严重畸变。这里笔者以VCD机机芯DSP信号输出端至MPEG板之间传输线为例进一步加以说明。用长10cm束捆线和长60cm扁平电缆作传输线进行对比实验,先用束捆线作实验，用YOKOGAWA DL-1540数字波器测得DSP输出端和MPEG板输入端的波形基本一致，上升沿时间tτ10 ns，其lmax=50cm，因此束捆线长度小于lmax，故不必进行阻抗匹配。若把束捆线换成长60cm的扁平电缆，根据波形知，换成扁平电缆后，波形畸变明显变大，主要是上升沿变差，上升时间tτ变大和波形的峰谷比变大。其原因是扁平电缆的长度大于lmax，传输电缆要作长线处理，其阻抗必须进行匹配。DSP输出的上升时间变长是由于反射至DSP输出端反射波反射系数有正有负而形成波峰和波谷使上升时间变长，DATA，LRCK波形也有类似情况。

上述比较实验显示，要想抑制反射干扰，就要设法使发送端和终端的阻抗匹配，或者把传输线的长度尽可能缩短，即：<LMAX，由于是民用产品，还要考虑到生产成本及生产加工过程方便等原因。在车用VCD中采取的主要措施有：  

(1)、DSP输出端加适当电阻使之与束捆线和扁平电缆的特性阻抗基本一致，使发送端的阻抗基本匹配，以抵消数字信号脉冲上升／下降的过冲。

(2)、把束捆线的长度缩短为l<<LMAX，因线很短，波形畸变轻微。实际结果使DSP的波形明显改善。   

(3)、用终端二极管取代匹配电阻，此法已广泛应用于数字IC的芯片制作中，作为输入输出端的匹配和保护网络。这种匹配方法有以下优点：能改善终端波形；对发送端的电平高低没有影响；补设方便，同机有多个负载时达到最佳匹配；具有保护作用，有效抑制过冲脉冲。

(4)、加整形电路可减小因连接线不匹配引起干扰噪声，整形电路通常加在输入端前，但要注意不能使信号产生新的相位变化。

3、 数字信号的串扰抑制

所谓串扰是指信号传输线在传输信号的过程中，在其相邻信号线上引起严重的干扰噪声，大多发生在扁平电缆、束捆导线或印制板电路上平行的印制导线之间。串扰的强弱与相邻2信号线之间的互阻抗和信号本身的阻抗有关。下面讨论扁平电缆的串扰问题。
现代数字AV产品中，广泛使用扁平电缆做连接导线，虽有很多优点，但若使用不当，很易发生串扰，影响数字产品的正常工作。扁平电缆的各导线之间均有分布电容，经测量，每10cm长的相邻导线间的分布电容约3pF。频率为100MHz时，1pF电容的阻抗为1.6kΩ，而且扁平电缆导线的分布电容与其长度成正比，布线较长时串扰更严重。以VCD机为例，信号为数百千赫兹、数兆赫兹的方波和10～20MHz的时钟信号，其含有的几十倍的高次谐波，信号频谱最高的近数百兆赫兹，这种高频分量极易通过扁平电缆各导线之间的分布电容相互串扰。通过对比实验，分别用60cm长扁平电缆和10cm长的束捆线连接DSP与MPEG板，得知，60cm扁平电缆上的干扰明显比l0cm长束捆线上的干扰大得多，说明扁平电缆分布电容与长度成正比，干扰又与分布电容成正比。如把DSP输出端的BCK时钟断开，LRCK干扰点明显减少和干扰脉冲幅度下降。由此说明干扰大部分来自BCK方波信号，控制好导线间距离可降干扰。在车用VCD中采取了以下措施：
  
(1)、尽可能缩短信号线的传输长度。

(2)、在多种电平的信号传输时，应尽量把前后沿时间相近的同级电平信号划为一组传输。DATA，BCK，LRCK信号与主时钟之间用一根地线相互隔离。必要时用屏蔽线代替束捆线来传输MCLK和BCK时钟，减小串扰和辐射。

(3)、在双面印制板布线时，正面传输高频数字信号和时钟信号，在其传输印制电路背面尽可能加大接地面积，这样由于平行导线间的分布电容在导线接近地平面时会变小的缘故，信号线之间串音干扰会减小；在MPEG芯片，DRAM，SDRAM及其它高速数字器件印制板布线时，其背面布上大片地线，地线旁路屏蔽器件产生的高频脉冲噪声。