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FCC认证中信号干扰的解决方法
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(1)串扰。通过数字与模拟信号线间的分布参数相互影响,不过这个问题至少目前已经不是很突出了,因为大家都知道数字信号要布置在数字区域,模拟信号要布置在模拟区域,空间上都已经做了隔离,因此,风险也减少了;
(2)共阻抗耦合。数字信号与模拟信号共地时,由于地线在高频时存在一定的阻抗,因此数字信号回流流过时将产生一个压降,这就是共模电压源,此时,如果共模电流流经模拟区域,在模拟区域地上产生压降,这个电压如果叠加在模拟信号上,便会影响模拟信号,这就是数模共阻抗干扰的机理。根据对共阻抗耦合的原因分析,解决方法如下:
(1)降低 GND 阻抗,降低共模电压源;
(2)避免数字 GND 产生的共模电流流经模拟区域。
对于降低 GND 阻抗,极端点地阻抗为零,此时即使数字信号回流流过,也不会产生共模电压源,因此,也不会影响模拟信号,但是,实际情况是做不到 GND零阻抗,唯一的手段就是使其无限制的降低,如使用 GND 平面、GND 平面减少分割、GND 平面长宽比小于 3 等等;
对于使数字地产生的共模电流不流经模拟区域,数模分割其实就是这个初衷。但实际情况是,有很多的案例都对数字与模拟进行了分割,但仍然不能解决数字对模拟的干扰。在此,需要郑重强调一点,如果只想通过数模分割就解决数字对模拟的影响,是只见树木不见森林的错误做法。数模分割需要从系统架构上做深度分析,比如塑料或金属机箱、系统接地点、模拟区域有无 I/O 线缆等等。例如对于塑料机箱,如果模拟区域有 I/O 电缆,此时数字模拟分割不一定能解决问题。因为数字信号在 GND 上产生的共模噪声会因为 I/O 线缆与参考接地平板的分布参数形成环路,此时共模电流也将流经模拟区域,所以,这种分割存在很大的风险。
对于金属外壳的产品,因为单板需要接地,因此重点需要关注接地点,即接地点的设置要避免数字区域共模电流流经模拟区域。对于模拟区域无 I/O 线缆的情况,在进行数字与模拟分割后,可以在 A/D 芯片数字与模拟 GND 上设置接地点,避免数字区域的共模电流流经模拟区域。但对于模拟区域有 I/O 线缆的情况,因为线缆对地的分布参数,因此,存在共模电流流经模拟区域的风险,此时还需要充分考虑 I/O 线缆的长度,如音频耳机线因为比较短,可能分割后风险不大,但是,如果线缆很长的情况下,即使分割也有很大的风险。
任何事物没有绝对正确性,数模分割同样如此,如果设计不好,会产生负面效果,比如跨分割布线等等,另外,高频时即使分割了,分割之间存在分布参数,因此,也不能形成完全意义上的分割。初学者或对 EMC 一知半解的工程师,如果对数模分割把握不准,建议尽量少分割或干脆不分割,保证 GND 平面完整,降低GND 平面的阻抗,同样可以减少数字对模拟干扰的风险。
(2)共阻抗耦合。数字信号与模拟信号共地时,由于地线在高频时存在一定的阻抗,因此数字信号回流流过时将产生一个压降,这就是共模电压源,此时,如果共模电流流经模拟区域,在模拟区域地上产生压降,这个电压如果叠加在模拟信号上,便会影响模拟信号,这就是数模共阻抗干扰的机理。根据对共阻抗耦合的原因分析,解决方法如下:
(1)降低 GND 阻抗,降低共模电压源;
(2)避免数字 GND 产生的共模电流流经模拟区域。
对于降低 GND 阻抗,极端点地阻抗为零,此时即使数字信号回流流过,也不会产生共模电压源,因此,也不会影响模拟信号,但是,实际情况是做不到 GND零阻抗,唯一的手段就是使其无限制的降低,如使用 GND 平面、GND 平面减少分割、GND 平面长宽比小于 3 等等;
对于使数字地产生的共模电流不流经模拟区域,数模分割其实就是这个初衷。但实际情况是,有很多的案例都对数字与模拟进行了分割,但仍然不能解决数字对模拟的干扰。在此,需要郑重强调一点,如果只想通过数模分割就解决数字对模拟的影响,是只见树木不见森林的错误做法。数模分割需要从系统架构上做深度分析,比如塑料或金属机箱、系统接地点、模拟区域有无 I/O 线缆等等。例如对于塑料机箱,如果模拟区域有 I/O 电缆,此时数字模拟分割不一定能解决问题。因为数字信号在 GND 上产生的共模噪声会因为 I/O 线缆与参考接地平板的分布参数形成环路,此时共模电流也将流经模拟区域,所以,这种分割存在很大的风险。
对于金属外壳的产品,因为单板需要接地,因此重点需要关注接地点,即接地点的设置要避免数字区域共模电流流经模拟区域。对于模拟区域无 I/O 线缆的情况,在进行数字与模拟分割后,可以在 A/D 芯片数字与模拟 GND 上设置接地点,避免数字区域的共模电流流经模拟区域。但对于模拟区域有 I/O 线缆的情况,因为线缆对地的分布参数,因此,存在共模电流流经模拟区域的风险,此时还需要充分考虑 I/O 线缆的长度,如音频耳机线因为比较短,可能分割后风险不大,但是,如果线缆很长的情况下,即使分割也有很大的风险。
任何事物没有绝对正确性,数模分割同样如此,如果设计不好,会产生负面效果,比如跨分割布线等等,另外,高频时即使分割了,分割之间存在分布参数,因此,也不能形成完全意义上的分割。初学者或对 EMC 一知半解的工程师,如果对数模分割把握不准,建议尽量少分割或干脆不分割,保证 GND 平面完整,降低GND 平面的阻抗,同样可以减少数字对模拟干扰的风险。
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此文关键词:FCC认证,FCC Part 15A,FCC Part 15