基于S3C2440嵌入式系統(tǒng)主板的電磁兼容性設(shè)計(jì)
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2 嵌入式系統(tǒng)主板電磁兼容性設(shè)計(jì)
2．1 嵌入式系統(tǒng)主板
2．1．1 主板框圖
該設(shè)計(jì)研究的嵌入式系統(tǒng)是基于Samgsung S3C2440處理器的10層主板，系統(tǒng)主頻高達(dá)400 MHz，硬件配置有2顆64 MB的SDRAM，128 MB NAND FLASH，與CPU通信時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸頻率高達(dá)133 MHz，同時(shí)還配置有LCD觸摸屏、Sensor圖像采集模塊、GPS模塊、GPRS無(wú)線通信模塊，以滿足系統(tǒng)功能上的需求，主板框圖如圖1所示。
2．1．2 主板存在的電磁干擾
在系統(tǒng)中，S3C2440的片內(nèi)工作頻率FCLK可高達(dá)400 MHz，因此在PCB設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該遵循高頻電路設(shè)計(jì)的基本原則。首先應(yīng)注意電源的抗干擾設(shè)計(jì)，其次要注意信號(hào)線的布線技術(shù)，尤其是關(guān)注時(shí)鐘信號(hào)線、數(shù)據(jù)線和地址線。
2．2 電源的抗干擾設(shè)計(jì)
電源在向系統(tǒng)提供能源的同時(shí)，也將其噪聲加到所供電的電源上。電路中微控制器的復(fù)位線、中斷線，以及其他一些控制線最容易受外界噪聲的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過(guò)電源進(jìn)入電路，不僅電池供電系統(tǒng)有高頻噪聲，電池本身也有高頻噪聲，而且模擬電路中的模擬信號(hào)更經(jīng)受不住來(lái)自電源的干擾。
嵌入式芯片S3C2440的內(nèi)核所需的直流電源電壓為1．3 V，I／O模塊及SDRAM的電源電壓為3．3 V。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮電源的抗干擾技術(shù)。一般應(yīng)在電源進(jìn)入PCB的位置和靠近各器件的電源引腳處加上幾十微法到幾百微法的電容器，以濾除電源噪聲。還要注意在器件的電源與地之間加上0．1μF左右的電容器，以使能夠有效地抑制在電源線上傳導(dǎo)的高頻干擾，克服干擾信號(hào)對(duì)系統(tǒng)工作的影響。
2．3 共模差模EMI產(chǎn)生機(jī)理
2．3．1 共模EMI產(chǎn)生機(jī)理
共模干擾通常指兩根信號(hào)線上產(chǎn)生的幅度相等、相位相同的噪聲。共模干擾的特點(diǎn)是干擾的大小和方向一致，存在于電源任何一相對(duì)大地或中線對(duì)大地間。共模干擾也稱為縱模干擾、不對(duì)稱干擾或接地干擾輻射。是載流體與大地之間的干擾。
共模計(jì)算公式為：
式中：Ic表示電流強(qiáng)度；f表示共模電流的頻率；L表示電纜線長(zhǎng)度；d表示測(cè)量天線到電纜的距離。
共模輻射是EMI中最主要的一種輻射干擾，通俗地說(shuō)，是由于電路板地的“不平整”導(dǎo)致，或者連接線連接兩處的電位的高低差而導(dǎo)致連接線變成了輻射天線。然而電路板常常是由于地阻抗而引起電位的高低不平，從而能量由高到底有了輻射出來(lái)的條件。所以在電路設(shè)計(jì)與PCB排版時(shí)要特別注意PCB的地阻抗問(wèn)題，從而更多地減小其產(chǎn)生的干擾。
2．3．2 差模EMI產(chǎn)生機(jī)理
差模干擾是幅度相等、相位相反的噪聲。差模干擾的特點(diǎn)是大小相等、方向相反，存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱為常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾，是施加于載流體之間的干擾。
差模輻射計(jì)算公式：
式中：ID表示電流強(qiáng)度；f表示共模電流的頻率；LS表示環(huán)路面積；d表示測(cè)量天線到電纜的距離。
2．4 共模差模EMI抑制措施
2．4．1 通常采用的抑制措施
通常減小共模輻射的方法有：
(1)減小地電位；
(2)使用去耦電容；
(3)使用鐵氧體磁環(huán)；
(4)使用共模電源濾波器。
通常減小差模輻射的方法有：
(1)減小環(huán)路面積；
(2)頻率越高，輻射越強(qiáng)，所以應(yīng)盡量減小有用信號(hào)的高次諧波成分；
(3)采取屏蔽方法。
2．4．2 本文采用的源端端接抑制措施
所謂源端端接就是在傳輸線驅(qū)動(dòng)端串聯(lián)端接一個(gè)等于特征阻抗的阻抗。
由共模輻射計(jì)算公式可以看到，要減小共模輻射，減小Ic和f是不可能的，d又是恒定值，只有減小L。由差模輻射計(jì)算公式，可以看出要想減小差模輻射，就是要減小LS即電流環(huán)路面積，多層板中信號(hào)走線的電流環(huán)路面積就等于介質(zhì)的厚度乘以走線長(zhǎng)度，在介質(zhì)厚度恒定的前提下，減小差模輻射同樣歸結(jié)到減小信號(hào)走線L上。
然而縮短信號(hào)走線長(zhǎng)度通常是不實(shí)用的，不過(guò)給傳輸線源端串聯(lián)端接一個(gè)等于特征阻抗的阻抗，就可以消除共、差模輻射的干擾。
源端串聯(lián)端接措施要求加一個(gè)電阻與輸出緩沖器串聯(lián)，緩沖器阻抗和端接電阻值的總和等于傳輸線的特性阻抗。此時(shí)，因?yàn)榉瓷湎禂?shù)為O，任何由于在負(fù)載端存在的阻抗不連續(xù)所產(chǎn)生的反射干擾將在其達(dá)到源端時(shí)被消除，這樣可以減小噪聲、電磁干擾(EMI)及射頻干擾(RFI)。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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