如何降低嵌入式系统串扰的影响？

1661 嵌入式系统串扰硬件

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 在嵌入式系统硬件设计中，串扰是硬件工程师必须面对的问题。特别是在高速数字电路中，由于信号沿时间短、布线密度大、信号完整性差，串扰的问题也就更为突出。设计者必须了解串扰产生的原理，并且在设计时应用恰当的方法，使串扰产生的负面影响降到最小。 0
2019-11-5 08:07:57　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报史乃原相关推荐 • 嵌入式系统如何降低功耗 1496 • 怎么实现嵌入式系统从串配置FPGA 1747 • 嵌入式系统降低功耗介绍 1561 • 嵌入式系统设计怎么实现降低系统功耗？ 1729 • 嵌入式计算机系统怎么降低功耗？ 2210 • 嵌入式系统有哪些应用呢 2246 • 什么是嵌入式系统？嵌入式操作系统有哪几类？ 2563 • 嵌入式系统的发展历史 3194 • 嵌入式系统组件的设计原则是什么 1281 • 嵌入式系统的知识体系 1397 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1 串扰理论分析串扰主要源自两个相邻导体之间所形成的互感与互容。在高速数字电路中，互感通常比互容的问题更严重。 1.1 互容一个电路产生电场，该电场会影响第二个电路，这种相互影响的系数称为它们的互容。式中，CM为互容，ΔV为驱动波形的阶跃幅度，TR是驱动波形的上升时间，RB是接收电路的接地阻抗。由式1可知，互容串扰电压与CM、ΔV/TR 、成正比，因此，减小互容串扰电压的方法有： ① 减小CM。增大信号走线间距（因为互容与信号间距成反比，关键信号可采用3W原则）。 ② 减小ΔV/TR。在确保信号时序的前提下，尽可能选择信号沿较缓的器件。 ③ 减小RB。减小*扰电路接地阻抗，对扰电路进行末端端接，为扰电路并接去耦电容。 1.2 互感两个信号回路相互靠近时，一个信号回路的磁场变化将影响另一个信号回路，这种影响就是互感。互感的大小取决于信号回路的自感与两个信号回路耦合的程度。式中，LM为互感，ΔV为驱动波形的阶跃幅度，TR是驱动波形的上升时间，RA是驱动电路的源端阻抗。由式(2)可知，互感串扰电压与LM、ΔV/TR 成正比，与RA成反比。因此，减小互感串扰电压有如下方法。（1）减小LM ① 增大信号走线间距（因为LM随着间距平方的增加而下降，关键信号可采用3W原则）。 ② 为信号提供完整的参考平面。在低速电路中，电流沿着电阻最小路径前进，而高速信号沿着电感最小路径前进。电感最小的返回路径就紧贴在一个信号导体下面，它使输出电流路径与返回电流路径之间的总回路面积最小，从而使输出电流路径与返回电流路径的干扰磁场相互抵消。 ③ 减小信号到参考平面的距离，从而减小环路面积，达到减小LM的目的。 ④ 尽可能地减小相邻信号间的平行长度。平行长度越短，则总的LM越小。 ⑤ 无参考平面隔离的相邻信号层走线方向应该垂直，可减小磁场耦合程度。 ⑥ 对串扰较敏感的信号线尽量布在内层，以减小磁场耦合程度。（2）减小ΔV/TR 在确保信号时序的前提下，尽可能选择信号沿较缓的器件。（3）增大RA 在干扰电路源端串接电阻，减小电流变化斜率，同时要兼顾与传输线阻抗匹配，避免信号反射。 1.3 近端串扰和远端串扰图1 两条传输线的耦合如图1所示，假设位于A点的驱动器是干扰源，而位于D点的接受器为*扰对象，那么驱动器A所在的传输线被称为“干扰源网络”或“侵害网络(Agreessor)”，相应的接收器D所在的传输线网络被称为“静态网络”或“受害网络”。静态网络靠近干扰源一端的串扰称为“近端串扰”(也称后向串扰)，而远离干扰源一端的串扰称为“远端串扰”(也称前向串扰)。根据产生的原因不同，可将串扰分为容性耦合串扰和感性耦合串扰两类。受侵害线上近端和远端串扰噪声的波形可以通过图2得出。当一个数字脉冲上升沿进入传输线，它将不断地在受侵害线上感应出噪声，一部分串扰噪声将传向近端，另一部分将传向远端。远端串扰脉冲与侵害线上的信号经过时间TD(信号在传输线上的延迟时间)后同步到达终端。近端串扰脉冲将起始于侵害线上信号变化沿出现的时刻，而侵害信号到达终端前产生的最后一部分近端串扰信号将在t=2TD时刻才到达近端，这是因为这部分信号要经过整条传输线才能被传回近端。所以，近端串扰起始于t=0，并且持续2TD的时间。远端串扰起始于t=TD，持续时间为数字信号的上升或者下降时间。图2 串扰噪声示意图近端和远端传播的容性耦合电流都是正向的。具体的容性耦合如图3所示，图中的TP是干扰信号在传输线上的延迟时间，Tr是干扰信号的上升时间。流向近端的感性耦合电流与近端容性耦合电流同向，流向远端的感性耦合电流与远端容性耦合电流反向。具体的感性耦合如图4所示。图3 容性耦合的近端、远端串扰波形图4感性耦合的近端、远端串扰波形正常条件下，在一个完整平面上，感性和容性的串扰电压大小基本相等。远端的串扰分量（在D点的电压）相互抵消，近端的串扰分量（在C点的电压）相互增强。带状线电路具有很好的感性和容性耦合平衡性，因此其远端耦合系数极小；对于微带线路，与串扰相关的电场大部分穿过空气（而不是其他的绝缘材料），介电常数较小，因此容性串扰比感性串扰小，导致其远端串扰是一个小的负数。在开槽和其他不完整的参考平面上，感性耦合比容性耦合更大，使远端串扰变大。 1.4 串扰的反射电压反射系数ρ的计算公式：式中，RL是终端负载电阻，Z0是传输线特性阻抗。若RL =Z0，则ρ=0；若终端开路(RL=∞)，则ρ=1；若终端短路(RL=0)，则ρ=-1。在图1中，若近端阻抗与传输线特性阻抗不匹配，会使近端串扰在远端造成反射。为了消除近端串扰反射到远端，可以通过在近端接入正确的匹配电阻使ρ=0，消除反射。

2019-11-5 15:19:01 评论举报王春美

答案对人有帮助，有参考价值 0 2 串扰理论的应用实例在工作实践中，笔者遇到了很多有关串扰的实际案例，通过运用上述分析的结论，均较好地得以解决。现将几个代表性问题的解决方法与大家分享。 2.1 增大信号走线间距现象：Linux操作系统在加载过程中，出现偶然性意外错误而终止，系统提示访问了非法地址。分析：操作系统从NAND Flash解压到SDRAM中并执行。SDRAM的CLK信号频率较高、沿斜率较大，本身就是一个干扰源。同时，由于CLK信号对于SDRAM时序控制的重要性，若受到周围信号的干扰，则可能影响SDRAM的正常读写。用示波器测试SDRAM的CLK信号，发现信号上偶尔会出现一些很小的干扰，但系统加载却正常了。经分析，这应与示波器探头自带的电容有关。尝试在CLK信号与地之间并接10 pF去耦电容，系统加载即正常。可见，CLK信号确实是受到了干扰，并接去耦电容正是将干扰滤除了一部分。解决：由于SDRAM是高速器件，时序要求较高，CLK并接电容后，信号沿变缓，时序参数较为临界，通过增大信号走线间距的方法解决串扰问题更为合适。重新设计PCB时，将CLK与信号其他信号的中心距增大到3W（即3倍线宽），问题得以解决。 2.2 在信号源端串接电阻现象：CPU通过总线外扩一个以太网芯片，但程序无法正常初始化该芯片，网络不通。分析：用示波器测试“读”、“写”、“片选”、“数据”、“地址”等总线信号，发现这些信号上升、下降沿时间很短，信号过冲较严重，信号间距受空间所限无法增大，因此，总线信号间必然存在串扰问题。各总线信号既是干扰源，又是*扰对象。在信号源端串接电阻有两个好处：作为干扰源，源端阻抗变大，电流变化率降低，与其他信号的互感耦合减小；作为扰对象，源端阻抗与传输线匹配，有利于吸收近端串扰，避免将近端串扰反射到远端。解决：将总线信号源端串联电阻的阻值从10 Ω增大到50 Ω，重新运行程序，网卡芯片初始化正常，串扰问题解决。 2.3 为信号提供完整的参考平面现象：CPU总线上增加点阵液晶设备，发现网口通信时网口1经常出现丢包现象，网口2甚至无INK UP成功。分析：系统主板为两层板，没有完整的信号参考平面，由于液晶连接线较长，使数据总线的长度增加，从而使串扰变得更加严重。网卡芯片与点阵液晶共用低8位数据总线与读、写控制信号，因此信号受到干扰、通信受到影响。解决：重新设计PCB时，将2层板改为4层板，增加地层、电源层，为总线信号提供完整的参考平面，串扰减小。 2.4 减小***扰电路接地阻抗现象：SPI通信时，从SPI设备读回的数据不是期望的数据。分析：用示波器测试SPI总线信号，发现CLK信号的上升沿、下降沿产生高频振荡，并两次跨过高、低门限电平。这将引起SPI数据的误触发，使CPU得到不正确的数据，因此需要滤除该高频干扰信号。解决：在CLK信号与地之间并接1000 pF去耦电容，为高频干扰信号提供对地的低阻抗通道，干扰问题解决。结语串扰在高速电路设计中是一个不可忽视的问题，会影响系统的时序、降低噪声容限，导致系统无法正常工作。本文介绍了串扰产生的原理，通过对串扰电压的计算推导得到影响串扰的关键因素，根据这些因素提出一系列解决串扰问题的方法，并在实例中进行验证应用，对于解决串扰问题有一定的借鉴、指导意义。

2019-11-5 15:19:05 评论举报李莉