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實用EMI噪訊對策技術(7)失真

作者:  信息來源:pcb設計  2008-5-12

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何謂失真希望獲得的信號如果影響到其它信號時,該信號就成為噪訊源,如圖1所示,相互平行的信號線對其它信號產生不良影響時,該信號同樣被視為噪訊源。號線之間噪訊相互糾纏現象稱為失真(cross talk),尤其是長距離信號傳輸的失真現象特別嚴重,事實上失真問題最初是有線電話信號傳輸才開始受到注意,因此早期cross ...

何謂失真
希望獲得的信號如果影響到其它信號時,該信號就成為噪訊源,如圖1所示,相互平行的信號線對其它信號產生不良影響時,該信號同樣被視為噪訊源。
 

號線之間噪訊相互糾纏現象稱為失真(cross talk),尤其是長距離信號傳輸的失真現象特別嚴重,事實上失真問題最初是有線電話信號傳輸才開始受到注意,因此早期cross talk一度被視為「漏話」現象,目前失真一詞不再局限在電話信號傳輸,它已經成為廣泛使用的名詞。

電話信號的頻率相當低,短距離傳輸時幾乎沒有失真問題,不過隨著頻率提高即使短距離傳輸,就必需要將失真問題列入考慮。

雖然印刷電路基板上的印刷圖案距離非常短,不過各信號線彼此都呈平行臨接狀,而且大地線(ground)幾乎都成為各信號的共享折返線,在此情況下失真問題變得非常嚴重。

相同種類的信號各信號強度幾乎完全相同時,失真很少會被視為問題,然而當各信號強度彼此相異時,低強度信號極易受到高強度信號失真的影響,因此印刷電路基板上的失真對策首要工作,就是避免高信號強度信號線與低信號強度信號線以及模擬信號線平行臨接設置,信號線直交時可以忽略失真問題,信號線彼此充分相隔平行設置時,失真不會變成問題,由此可知設計者應該盡量排除信號強度差異極大的印刷圖案平行臨接設置,改采同等強度信號平行Layout方式,例如bus大多采用復數信號線平行設計就是典型范例。

電子電路尤其是計算機的電路相互進行數據交易,因此必需設置共通數據交易通路,透過通路作數據交易,該共通數據通路稱為「Bus」。印刷電路基板上的圖案設置取決于組件特性,換言之適當的組件設置對電路的動作特性具有絕對的影響。

圖2是失真的實驗電路,圖中訊接收側使用SN74LS04強大組件,主要理由是加大失真效應才能有效掌握失真的動作機制。SN7XXYY表示數字IC的型號,隨著數字IC使用材料與動作速度的不同,數字IC有數種衍生系列,XX表示衍生系列的型號,其中LS系列使用最頻繁,S系列比LS系列更高速,電流驅動能力也更大,相對的它比LS系列更容易發生強大噪訊。

型號中的YY表示數字IC的功能,在數字IC中即使衍生系列型號相異,只要YY型號相同代表該數字IC被制成具備相同功能的產品。XX04表示該組件為6個inverter封裝方式。
 

如圖所示測試圖案長度為14cm,間隔為0.64mm的平行圖案,收信側利用開關(a)或是(b)切換,使信號強度作「High」與「Low」的切換。

圖3是實驗電路的失真波形,圖中的(A)、(B)分別表示圖2的(A)、(B)。由圖3的失真波形可知噪訊發生側的信號站立時振動波形呈連續狀,而且(A)、(B)都發生極大的失真現象,雖然圖中白色圓圈部位表示失真造成的噪訊,不過它幾乎直逼數位IC的界限(Threshold)電壓,數字IC的界限電壓在圖(a)為,在圖(b)為,雖然本實驗未發生誤動作,不過卻已經瀕臨誤動作狀態。
 

圖(a)是收信側強度”H”時的波形,不過它比圖(b)收信側強度”L”時的波形更大。圖(a)、(b)兩者都接收相同噪訊,而且噪訊的功率也相同,不過收信側的阻抗(impedance)很大時,噪訊電壓也會隨著變大。

傳輸線路很短時收信側整體的阻抗中,驅動器的輸出阻抗成為支配性,因此輸出為”H”時,驅動器LS04的輸出阻抗變高,輸出為”L”時則變低。

此外頻率很高時容易發生噪訊,頻率變低噪訊也隨著變小,其結果除了噪訊電壓相異之外,傳輸噪訊的頻域也出現差異,以圖(a)、(b)為例,失真造成傳輸信號的波形截然不同,圖(a)的信號波形直接傳輸,相形之下圖(b)只會傳輸連續(linking)波形。

失真可視為誘導噪訊的一種,誘導分成靜電誘導與電磁誘導兩種,平行臨接圖案的靜電誘導具有支配性,根據圖4(a)的實驗電路可以確認失真是靜電誘導造成的結果。圖4(b)、(c)是電路圖案刻意未平行彼此相隔設置,再用10Pf電容連接時的波形特性。

由于圖3與圖4的波形幾乎完全相同,因此可以推定臨接平行設置的圖案失真是靜電誘導造成的。


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