中心議題：

• DSP硬件方麵的電磁兼容性問題
• DSP軟件設計時應采取的措施
• DSP電磁兼容設計時應注意的幾個關鍵問題

解決方案：

• 板結構、線路安排方麵的降噪技術
• 采用濾波技術降噪方法
• 采用攔截失控程
• 設立標誌判斷
• 增加數據安全備份

1 引言

由於DSP是一個相當複雜

、種類繁多並有許多分係統的數、模混合係統

，所以來自外部的電磁輻射以及內部元器件之間、分係統之間和各傳輸通道間的竄擾對DSP及其數據信息所產生的幹擾，己嚴重地威脅著其工作的穩定性、可靠性和安全性。據統計，幹擾引起的DSP事故占其總事故的90%左右。同時DSP又不可避免地向外輻射電磁波
，對環境中的人體、設備產生幹擾
、妨礙或損傷。並且隨著DSP運算速度的提高，能夠實時處理的信號帶寬也大大增加，它的研究重點也轉到了高速

、實時應用方麵。但正是這樣

，它的電磁兼容性問題也就越來越突出了，本文在DSP的電磁兼容性問題方麵進行了一些探討。

2 DSP硬件方麵的電磁兼容性

電磁兼容性（EMC）包含係統的發射和敏感度兩方麵的問題。假若幹擾不能完全消除
，也要使幹擾減少到最小。如果一個DSP係統符合下麵三個條件，則該係統是電磁兼容的。(1) 對其它係統不產生幹擾；(2) 對其它係統的發射不敏感；(3) 對係統本身不產生幹擾。

2.1 DSP中的幹擾主要來源
電磁幹擾是通過導體或通過輻射產生的，很多電磁發射源，如光照、繼電器、DC 電機和日光燈都可引起幹擾。AC電源線、互連電纜、金jin屬shu電dian纜lan和he子zi係xi統tong的de內nei部bu電dian路lu也ye都dou可ke能neng產chan生sheng輻fu射she或huo接jie收shou到dao不bu希xi望wang的de信xin號hao。在zai高gao速su數shu字zi電dian路lu中zhong
，時shi鍾zhong電dian路lu通tong常chang是shi寬kuan帶dai噪zao聲sheng的de最zui大da產chan生sheng源yuan。在zai快kuai速suDSP係統中，這些電路可產生高達300MHz 的諧波失真信號，在係統中應該把它們除掉。在數字電路中

，最容易受影響的是複位線、中斷線和控製線。

2.2 DSP中的傳導性幹擾
一yi種zhong最zui明ming顯xian能neng引yin起qi電dian路lu噪zao聲sheng的de傳chuan播bo路lu徑jing是shi經jing過guo導dao體ti。一yi條tiao穿chuan過guo噪zao聲sheng環huan境jing的de導dao線xian可ke撿jian拾shi噪zao聲sheng，並bing把ba噪zao聲sheng送song到dao另ling外wai電dian路lu而er引yin起qi幹gan擾rao。設she計ji人ren員yuan必bi須xu避bi免mian導dao線xian撿jian拾shi噪zao聲sheng，如ru噪zao聲sheng通tong過guo電dian源yuan線xian進jin入ru電dian路lu後hou，若ruo電dian源yuan本ben身shen或huo連lian接jie到dao電dian源yuan的de其qi它ta電dian路lu是shi幹gan擾rao源yuan
，則ze在zai電dian源yuan線xian進jin入ru電dian路lu之zhi前qian必bi須xu對dui其qi去qu耦ou。

2.3 DSP中的共阻抗耦合問題
當dang來lai自zi兩liang個ge不bu同tong電dian路lu的de電dian流liu流liu經jing一yi個ge公gong共gong阻zu抗kang時shi就jiu會hui產chan生sheng共gong阻zu抗kang耦ou合he。阻zu抗kang上shang的de壓ya降jiang由you兩liang個ge電dian路lu決jue定ding。來lai自zi兩liang個ge電dian路lu的de地di電dian流liu流liu經jing共gong地di阻zu抗kang
，電dian路lu 1的地電位被地電流2調製，噪聲信號或DC補償經共地阻抗從電路2耦合到電路1。

2.4 DSP中的輻射耦合問題
經輻射產生的耦合通稱串擾。串擾是由電流流經導體時產生的電磁場引起的，電磁場會在鄰近的導體中感應出瞬態電流。

2.5 DSP中的輻射現象
輻射有兩種基本類型：差分（DM）和共模（CM）兩種模式。共模輻射或單極天線輻射是由無意的壓降引起的，它使電路中所有的地連接抬高到係統地電位之上。就電場大小而言，CM輻射是比 DM輻射更為嚴重的問題。為使CM輻射最小，必須用切合實際的設計使共模電流降到零。

2.6 影響EMC的因數
（1）電壓：電源電壓越高，意味著電壓振幅越大而發射就更多，而低電源電壓影響敏感度。
（2）頻率：高頻信號與周期性信號會產生更多的輻射。在高頻數字係統中，當器件處於開關狀態時將產生電流尖峰信號；在模擬係統中，當負載電流變化時也將產生電流尖峰信號。
（3）接地：在電路設計中，沒有比采用可靠和完美的地線連接方式更重要的事情了，在所有EMC問題中，大部分問題是由不適當的接地引起的。有單點、多點和混合三種信號接地方法。在頻率低於1MHz時可采用單點接地方法
；在高頻應用中
，最好采用多點接地；混合接地是低頻用單點接地和高頻用多點接地方法的結合。但高頻數字電路和低電平模擬電路的地回路絕對不能混合。
（4）PCB設計：適當的印刷電路板（PCB）布線對防止電磁幹擾至關重要。
（5）電源去耦：當器件開關時，在電源線上會產生瞬態電流，必須衰減和濾掉這些瞬態電流
，來自高di /dt源的瞬態電流導致地和線跡“發射”電壓。高d i/dt產生大範圍高頻電流，激勵部件和纜線輻射
，流經導線的電流變化和電感會導致壓降，減小電感或電流隨時間的變化可使該壓降最小。
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2.7 DSP的硬件降噪技術
2.7.1 板結構、線路安排方麵的降噪技術
（1）采用地和電源平板；
（2）平板麵積要大，以便為電源去耦提供低阻抗；
（3）使表麵導體最少；
（4）采用窄線條（4到8密耳）以增加高頻阻尼和降低電容耦合；
（5）分開數字、模擬、接收器、發送器地/電源線；
（6）根據頻率和類型分隔PCB上的電路

；
（7）不要切痕PCB
，切痕附近的線跡可能導致不希望的環路
；
（8）采用疊層結構是對大多數信號整體性問題和EMCwentidezuihaofangfancuoshi
，tanenggouzuodaoduizukangdeyouxiaokongzhi，qineibudezouxiankexingchengyidonghekeyucedechuanshuxianjiegou。qieyaomifengdianyuanhedibancengzhijiandexianji；
（9）保持相鄰激勵線跡之間的間距大於線跡的寬度以使串擾最小；
（10）時鍾信號環路麵積應盡量小；
（11）高速線路和時鍾信號線要短且要直接連接；
（12）敏感的線跡不要與傳輸高電流快速開關轉換信號的線跡並行
；
（13）不要有浮空數字輸入
，以防止不必要的開關轉換和噪聲產生
；
（14）避免在晶振和其它固有噪聲電路下麵有供電線跡
；
（15）相應的電源、地、信號和回路線跡要平行布景

，以消除噪聲
；
（16）使時鍾線、總線和片使能端與輸入/輸出線和連接器分隔開來；
（17）使路線時鍾信號與I/O信號處於正交位置；
（18）為使串擾最小
，線跡用直角交叉和散置地線；
（19）保護關鍵線跡（用4密耳到8密耳線跡以使電感最小
，路線緊靠地板層
，板層之間夾層結構，保護夾層的每一邊都有地）。

2.7.2 采用濾波技術降噪方法
（1）對電源線和所有進入PCB的信號進行濾波
，在IC的每一個點引腳處用高頻低電感陶瓷電容（14MHz用0.1 mF，超過15MHz用0.01mF）進行去耦；
（2）旁路模擬電路的所有電源供電和基準電壓引腳
；
（3）旁路快速開關器件；
（4）在器件引線處對電源/ 地去耦；
（5）用多級濾波來衰減多頻段電源噪聲；
（6）把晶振安裝嵌入到板上並且接地；
（7）在適當的地方加屏蔽；
（8）安排鄰近地線緊靠信號線，以便更有效地阻止出現新的電場；
（9）把去耦線驅動器和接收器適當地放置在緊靠實際的I/O接口處
，這可降低PCB與其它電路的耦合，並使輻射和敏感度降低；
（10）對有幹擾的引線進行屏蔽和絞在一起
，以消除PCB上的相互耦合；
（11）在感性負載上加箝位二極管。

3 DSP軟件設計時應采取的措施

軟件方麵的幹擾主要表現在以下幾個方麵：
（1）不bu正zheng確que的de算suan法fa產chan生sheng錯cuo誤wu的de結jie果guo，最zui主zhu要yao的de原yuan因yin是shi由you於yu計ji算suan機ji處chu理li器qi中zhong的de程cheng序xu指zhi數shu運yun算suan是shi近jin似si計ji算suan
，產chan生sheng的de結jie果guo有you時shi有you較jiao大da的de誤wu差cha，容rong易yi產chan生sheng誤wu動dong作zuo；
（2）由於計算機的精度不高，而加減法運算時要對階，大數“吃掉”了小數，產生了誤差積累，導致下溢的出現
，也是噪聲的來源之一；
（3）由於硬件方麵的幹擾引起的計算機出現的諸如：程序計數器PC值變化、數據采集誤差增大、控製狀態失靈、RAM數據受幹擾發生變化以及係統出現“死鎖”等現象。

3.1 采用攔截失控程序的方法
（1）在zai程cheng序xu設she計ji時shi應ying多duo采cai用yong單dan字zi節jie指zhi令ling，並bing在zai關guan鍵jian處chu插cha入ru一yi些xie空kong操cao作zuo指zhi令ling，或huo將jiang有you效xiao單dan字zi節jie指zhi令ling重zhong複fu幾ji次ci，這zhe樣yang可ke保bao護hu其qi後hou的de指zhi令ling不bu被bei拆chai散san，使shi程cheng序xu運yun行xing走zou上shang正zheng軌gui
；
（2）加入軟件陷阱：當PC值失控使程序失控後，CPU進入非程序區
，這時可用一條引導指令，強迫程序進入初始入口狀態，進入程序區
，可每隔一段設置一個陷阱；
（3）軟件複位：當程序“走飛”時
，運行監視係統，使係統自動複位而重新初始化。

3.2 設立標誌判斷
定(ding)義(yi)某(mou)單(dan)元(yuan)為(wei)標(biao)誌(zhi)，在(zai)模(mo)塊(kuai)主(zhu)程(cheng)序(xu)中(zhong)把(ba)該(gai)單(dan)元(yuan)的(de)值(zhi)設(she)為(wei)某(mou)個(ge)特(te)征(zheng)值(zhi)，然(ran)後(hou)在(zai)主(zhu)程(cheng)序(xu)的(de)最(zui)後(hou)判(pan)斷(duan)該(gai)單(dan)元(yuan)的(de)值(zhi)是(shi)否(fou)不(bu)變(bian)
，若(ruo)不(bu)同(tong)了(le)則(ze)說(shuo)明(ming)有(you)誤(wu)，程(cheng)序(xu)就(jiu)轉(zhuan)入(ru)錯(cuo)誤(wu)處(chu)理(li)子(zi)程(cheng)序(xu)。

3.3 增加數據安全備份
重要的數據用兩個以上的存儲區存放，還可以用大容量的外部RAM，將數據作備份。永久性數據製成表格固化在EPROM中，這樣既能防止數據和表格遭破壞

，又能保證程序邏輯混亂時不將數據當指令去運行。

4 利用EDA工具設計時應注意的幾個關鍵因素

高速數字電路的設計一方麵需要設計人員的經驗，另一方麵需要優秀的EDA工具的支持，EDA軟件己走向了多功能、智能化。隨著球柵陣列封裝的高密度單芯片、高密度連接器、微孔內建技術以及3D板ban在zai印yin刷shua電dian路lu板ban設she計ji中zhong的de應ying用yong

，布bu局ju和he布bu線xian已yi越yue來lai越yue一yi體ti化hua了le，並bing成cheng為wei了le設she計ji過guo程cheng的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。自zi動dong布bu局ju和he自zi由you角jiao度du布bu線xian等deng軟ruan件jian技ji術shu已yi漸jian漸jian成cheng為wei解jie決jue這zhe類lei高gao度du一yi體ti化hua問wen題ti的de重zhong要yao方fang法fa，利li用yong此ci類lei軟ruan件jian能neng在zai規gui定ding時shi間jian範fan圍wei內nei設she計ji出chu可ke製zhi造zao的de電dian路lu板ban。在zai目mu前qian
，由you於yu產chan品pin上shang市shi時shi間jian越yue來lai越yue短duan，手shou動dong布bu線xian極ji為wei耗hao時shi，己ji不bu能neng適shi應ying要yao求qiu。因yin此ci，現xian在zai要yao求qiu布bu局ju布bu線xian工gong具ju具ju有you自zi動dong布bu線xian功gong能neng，以yi快kuai速su響xiang應ying市shi場chang對dui產chan品pin設she計ji提ti出chu的de更geng高gao要yao求qiu。
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4.1 自動布線技術
由於要考慮電磁兼容(EMC)及電磁幹擾
、串擾、信號延遲和差分對布線等高密度設計因素，布局布線的約束條件每年都在增加。在幾年前，一般的電路板僅需6 個差分對來進行布線，而現在則需600對。在一定時間內僅依賴手動布線來實現這600對布線是不可能的，因此自動布線工具是必不可少的。盡管與幾年前相比，當今設計中的節點(net)數shu目mu沒mei有you大da的de改gai變bian，隻zhi是shi矽gui片pian複fu雜za性xing有you所suo增zeng加jia，但dan是shi設she計ji中zhong重zhong要yao節jie點dian的de比bi例li大da大da增zeng加jia了le。當dang然ran，對dui於yu某mou些xie特te別bie重zhong要yao的de節jie點dian

，要yao求qiu布bu局ju布bu線xian工gong具ju能neng夠gou加jia以yi區qu分fen，但dan無wu需xu對dui每mei個ge管guan腳jiao或huo節jie點dian都dou加jia以yi限xian製zhi。

4.2 采用自由角度布線技術應注意的方法
隨sui著zhe單dan片pian器qi件jian上shang集ji成cheng功gong能neng的de增zeng加jia，其qi輸shu出chu管guan腳jiao數shu目mu也ye大da大da增zeng加jia了le
，但dan其qi封feng裝zhuang尺chi寸cun並bing沒mei隨sui之zhi擴kuo大da，再zai加jia上shang管guan腳jiao間jian距ju和he阻zu抗kang因yin素su的de限xian製zhi，這zhe類lei器qi件jian必bi須xu采cai用yong更geng細xi的de線xian寬kuan。同tong時shi，由you於yu產chan品pin尺chi寸cun的de總zong體ti減jian小xiao，意yi味wei著zhe用yong於yu布bu局ju布bu線xian的de空kong間jian也ye大da大da減jian小xiao了le。在zai某mou些xieDSP產品中，底板的大小與其上的器件大小相差無幾，元器件占據的板麵積高達80%。某些高密度元器件管腳交錯，即使采用具45°布線功能的工具也無法進行自動布線。而自由角度布線工具具有大的靈活性
，能最大限度地提高布線密度
；它的拉緊(pull-TIght)功能使每個節點在布線後自動縮短，以適應空間要求

；tanengdadajiangdixinhaoyanchi，tongshijiangdipingxinglujingshu，youzhuyubimianchuanraodechansheng。liyongziyoujiaodubuxianjishunengshishejijuyoukezhizaoxing，bingqieshejidedianluxingnenglianghao。

4.3 對高密度器件應采用的技術
最新的高密度係統級芯片采用BGA或COB封裝
，管腳間距日益減小
，球間距已低至1mm，並且還會繼續降低。這樣就導致封裝件信號線不可能采用傳統布線工具來引出。目前有兩種方法可解決這個問題：
（1）通過球下麵的孔，將信號線從下層引出；
（2）采用極細布線和自由角度布線，在球柵陣列中找出一條引線通道。
對dui高gao密mi度du器qi件jian而er言yan，采cai用yong寬kuan度du和he空kong間jian極ji小xiao的de布bu線xian方fang式shi是shi唯wei一yi可ke行xing的de方fang法fa
，因yin為wei隻zhi有you這zhe樣yang，才cai能neng保bao證zheng較jiao高gao的de成cheng品pin率lv。現xian代dai的de布bu線xian技ji術shu也ye要yao求qiu能neng自zi動dong地di應ying用yong這zhe些xie約yue束shu條tiao件jian。自zi由you布bu線xian方fang法fa可ke減jian少shao布bu線xian層ceng數shu，降jiang低di產chan品pin成cheng本ben。同tong時shi也ye意yi味wei著zhe在zai成cheng本ben不bu變bian的de情qing況kuang下xia，可ke以yi增zeng加jia一yi些xie接jie地di層ceng和he電dian源yuan層ceng來lai提ti高gao信xin號hao的de完wan整zheng性xing和heEMC性能。

4.4 采用其它新的電路板設計、製作技術
微孔等離子蝕刻技術在DSP中的多層板工藝製作中的應用，大大提高了布局

、布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)的(de)性(xing)能(neng)。應(ying)用(yong)等(deng)離(li)子(zi)蝕(shi)刻(ke)法(fa)在(zai)路(lu)徑(jing)寬(kuan)度(du)內(nei)添(tian)加(jia)一(yi)個(ge)新(xin)孔(kong)，不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)底(di)板(ban)本(ben)身(shen)及(ji)製(zhi)造(zao)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)
，因(yin)為(wei)，采(cai)用(yong)等(deng)離(li)子(zi)蝕(shi)刻(ke)法(fa)製(zhi)作(zuo)一(yi)千(qian)個(ge)孔(kong)的(de)成(cheng)本(ben)與(yu)製(zhi)作(zuo)一(yi)個(ge)孔(kong)的(de)成(cheng)本(ben)一(yi)樣(yang)低(di)廉(lian)。這(zhe)就(jiu)要(yao)求(qiu)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)具(ju)有(you)更(geng)大(da)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，它(ta)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)應(ying)用(yong)不(bu)同(tong)的(de)約(yue)束(shu)條(tiao)件(jian)，適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)微(wei)孔(kong)和(he)構(gou)建(jian)技(ji)術(shu)的(de)要(yao)求(qiu)。元(yuan)器(qi)件(jian)密(mi)度(du)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)也(ye)對(dui)布(bu)局(ju)設(she)計(ji)產(chan)生(sheng)了(le)影(ying)響(xiang)，布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)工(gong)具(ju)總(zong)是(shi)假(jia)設(she)板(ban)上(shang)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)空(kong)間(jian)讓(rang)元(yuan)器(qi)件(jian)釋(shi)放(fang)機(ji)來(lai)釋(shi)放(fang)表(biao)麵(mian)
，以(yi)便(bian)安(an)裝(zhuang)新(xin)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)，且(qie)不(bu)會(hui)對(dui)板(ban)上(shang)已(yi)有(you)元(yuan)器(qi)件(jian)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)。但(dan)是(shi)元(yuan)器(qi)件(jian)順(shun)序(xu)放(fang)置(zhi)會(hui)產(chan)生(sheng)這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)問(wen)題(ti)，即(ji)每(mei)當(dang)放(fang)置(zhi)一(yi)個(ge)新(xin)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)後(hou)，板(ban)上(shang)每(mei)個(ge)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)最(zui)佳(jia)位(wei)置(zhi)都(dou)會(hui)發(fa)生(sheng)改(gai)變(bian)。這(zhe)就(jiu)是(shi)布(bu)局(ju)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)低(di)而(er)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu)程(cheng)度(du)高(gao)的(de)原(yuan)因(yin)。盡(jin)管(guan)目(mu)前(qian)的(de)布(bu)局(ju)工(gong)具(ju)對(dui)依(yi)次(ci)布(bu)局(ju)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)數(shu)沒(mei)什(shen)麼(me)限(xian)製(zhi)，但(dan)是(shi)某(mou)些(xie)技(ji)術(shu)人(ren)員(yuan)認(ren)為(wei)布(bu)局(ju)工(gong)具(ju)用(yong)於(yu)依(yi)次(ci)布(bu)局(ju)時(shi)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)受(shou)到(dao)限(xian)製(zhi)的(de)，這(zhe)個(ge)限(xian)製(zhi)大(da)約(yue)為(wei)500個元器件。還有一些技術人員認為當在一個板上放置的元器件多達 4000個時
，會產生很大的問題。同順序算法技術相比
，並行布局技術能實現更好的自動布局效果。

4.5 三維布局工具
3D工具主要用於目前應用日益廣泛的異形和定形板的布局

、布線工作。如 Zuken的Freedomzuixingongju
，taxiancaiyongsanweidibanmoxinglaijinxingyuanjiandekongjianbuju，zaijinxingerweibuxian。buxianguochenghainenggaozhigaibanshifoujubeikezhizaoxing。buxiangongjuhaibixunengchulizailianggebutongcengshangcaiyongyinyingchafenduideshejifangfa
，yinweizhezhongshejifangfajibianderiyizhongyaole。suizhexinhaopinlvdejixutigao，muqianjichuxianlejiangbuju、布線工具同用於虛擬原型的高級仿真工具集成起來的工具，如Zuken的 Hot Stage工具。所以即使在虛擬原型階段也能對布線問題進行考慮。我們相信，自由角度布線、自動布局和3D布bu局ju等deng新xin型xing軟ruan件jian技ji術shu也ye會hui同tong自zi動dong布bu線xian技ji術shu一yi樣yang成cheng為wei底di板ban設she計ji人ren員yuan的de常chang用yong設she計ji工gong具ju，設she計ji人ren員yuan可ke用yong這zhe些xie新xin工gong具ju來lai解jie決jue微wei孔kong和he單dan片pian高gao密mi度du集ji成cheng係xi統tong中zhong的de電dian磁ci兼jian容rong等deng新xin型xing技ji術shu問wen題ti。

5 結束語

電磁兼容技術涉及的頻率範圍寬達0～400GHz，研究對象除傳統設施外，涉及從芯片級
，到各型艦船
、航天飛機
、洲際導彈，甚至整個地球的電磁環境。電磁兼容技術也是DSP係統設計所要考慮的重要問題，應采用適當的降噪技術使DSP係統符合EMC標biao準zhun
，它ta的de電dian磁ci兼jian容rong性xing是shi作zuo為wei重zhong點dian研yan究jiu並bing且qie有you鮮xian明ming特te點dian的de領ling域yu。許xu多duo國guo家jia不bu僅jin各ge自zi加jia強qiang這zhe方fang麵mian的de研yan究jiu，還hai成cheng立li了le國guo際ji性xing的de機ji構gou
，以yi便bian交jiao流liu和he統tong一yi規gui範fan。我wo國guo已yi加jia入ruWTO，如果電磁兼容指標達不到國際標準的要求，生產的產品就沒有競爭力，不能打入國際市場，在國內也沒有銷路。因此

，在己進入了21世紀的今天
，解決好電氣、電子產品（包括DSP係統）的電磁兼容問題
，有效地提高產品質量
，使其成為“綠色產品”
，已刻不容緩。