互感--連接器引起串?dāng)_的因素分析 如何改變返回電流路徑

圖9.1中舉例說(shuō)明了工作中的電流環(huán)的基本互感耦合。電流離開門電路A，經(jīng)由信號(hào)返回路徑X流回源端。由于電流路徑X、Y和Z相互重疊，路徑X的磁場(chǎng)將在信號(hào)路徑Y(jié)和Z上感應(yīng)出噪聲電壓。

因?yàn)槁窂結(jié)與路徑X的重疊面積大于路徑X路徑X的重疊面積，所以路徑Y(jié)上的感應(yīng)噪聲大于路徑Z上的感應(yīng)噪聲。事實(shí)上，產(chǎn)生互感噪聲不需要路徑完全重疊，任何兩個(gè)相鄰近的電流環(huán)都會(huì)相互影響。

連接器的引腳之間也會(huì)有寄生電容，但在數(shù)字電路中，寄生電容引起的串?dāng)_要比互感引起的串?dāng)_小?，F(xiàn)在我們首先重點(diǎn)討論問(wèn)題較大的部分：電感。

1、估算串?dāng)_

對(duì)于圖9.1中任意信號(hào)引腳之間信號(hào)串?dāng)_的大小，估算一般需要3個(gè)條件。

兩個(gè)電流環(huán)之間的互感

源信號(hào)DI/DT的最大變化率

接收網(wǎng)絡(luò)的阻抗以及是否為源端或末端端接

考慮到兩個(gè)環(huán)路之間的互感，我們要找出最壞情況下的串?dāng)_，因此以下重點(diǎn)考慮兩個(gè)直接重疊的環(huán)路之間的相互影響，如圖9.1中的環(huán)路X和環(huán)路Y。

環(huán)路Y內(nèi)的全部磁能量來(lái)自于兩個(gè)方面：首先是從門電路A流出并沿著信號(hào)線傳輸?shù)碾娏鳎浯问茄刂鼐€傳輸返回信號(hào)電流。因此互感公式包括兩項(xiàng)，其中的第二項(xiàng)（地線項(xiàng)）大于第一項(xiàng)：

(式1）

其中：A=信號(hào)X到信號(hào)Y的距離，IN

B=信號(hào)Y到地線的距離，IN

C=信號(hào)X到地線的距離，IN

D=連接器引腳的直徑，IN

H=連接器的引腳長(zhǎng)度，IN

LX、Y=環(huán)路X和Y之間的互感，NH

上式中假設(shè)連接器是單排的，而且引腳相對(duì)較長(zhǎng)。即使這些假設(shè)不成立，由于對(duì)數(shù)函數(shù)的特性，由上式也很容易得到在一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)精確的結(jié)果，這足以準(zhǔn)確地判斷連接器的串?dāng)_特性是否是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。如果連接器的特性關(guān)系到系統(tǒng)的性能，那么就買一個(gè)連接器并測(cè)試它的性能。

下面需要討論的問(wèn)題是系統(tǒng)中DI/DT的最大值，我們采用式（）或式（）來(lái)估算DI/DT。

最后一個(gè)條件涉及到噪聲接受電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖9.2給出了選擇的方案：第一種情況，驅(qū)動(dòng)器緊靠著連接器連接，這里“緊靠”的意思是驅(qū)動(dòng)器到連接器的距離在一個(gè)上升沿的電氣長(zhǎng)度之內(nèi)，見式（）。第二種情況，涵蓋了其他所有的結(jié)構(gòu)形式，包括源端端接。

在第二種情況對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)中，耦合噪聲在兩個(gè)方向上各分一半。在第一種情況下，耦合進(jìn)的噪聲迅速在低阻抗驅(qū)動(dòng)端反射，使接收端的耦合噪聲加倍。

下面的公式給出了由于來(lái)自門電路A的單個(gè)階躍輸入，環(huán)路Y上感應(yīng)出的噪聲脈沖的高度。該脈沖的持續(xù)時(shí)間與輸入脈沖的上升沿時(shí)間相當(dāng)。

減緩驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升沿時(shí)間可以直接減少串?dāng)_。如圖9.3所示，在連接器的源端并聯(lián)電容，可以減小驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升時(shí)間。如果在接收端放置電容，只會(huì)使驅(qū)動(dòng)端信號(hào)跳變時(shí)流過(guò)連接器的沖擊電流增加，使情況變得更糟。

2、如何通過(guò)接地改變返回電流路徑

下面給出了連接器特性的5個(gè)準(zhǔn)則，結(jié)合式1，可以幫助估算連接器不同的接地排列時(shí)的性能。當(dāng)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算調(diào)整時(shí)，這些準(zhǔn)則很有效。同時(shí)，使用這些準(zhǔn)則，當(dāng)提出不同的變更之后，我們可以預(yù)測(cè)將會(huì)發(fā)生什么情況。

準(zhǔn)則1 在圖9.1中，通過(guò)改變接地模式，可以減小特定線路之間的互感。如果將地線移至距離環(huán)路X和Y更遠(yuǎn)的地方，即增大B和C的值，式1中的兩項(xiàng)都會(huì)增加，互感LX、Y會(huì)增大。反之，將地線靠近環(huán)路X和Y，將會(huì)減小其互感。互感的變化與距離的對(duì)數(shù)值成正比。

準(zhǔn)則2 額外增加的地會(huì)有更直接的效果。記住式1中第二項(xiàng)（地線項(xiàng)）最大。由于地線與環(huán)路X和Y緊密耦合，地線上的電流對(duì)環(huán)路Y有很大的影響。如果我們能將地線上的電流分為兩半，互感LX、Y幾乎會(huì)減少一半。

如圖9.4所示，通過(guò)在信號(hào)X上方增加一條地線，把地線上的電流分為兩半，電流將分為兩部分，分別流經(jīng)每一條地線。相應(yīng)地，互感LX、Y也會(huì)減小。增加更多的地線將進(jìn)一步分散地線電流，但是不再像最初那樣將電流一分為二。

準(zhǔn)則3 在信號(hào)X和Y之間插入地線與在它們之外增加地線有很大的差別。如果我們?cè)赬和Y之間增加N條地線，如圖9.5所示，使兩者的間距加大，它們之間的耦合隨之成比例下降，耦合正比于：

準(zhǔn)則4 耦合到連接器上任意給定線路噪聲來(lái)自其他每個(gè)線。簡(jiǎn)單地減少連接器上的信號(hào)個(gè)數(shù)就能減小總的串?dāng)_。另一方面，將連接器上的信號(hào)分成幾組。通過(guò)在各組之間插入地線即可減少其相互干擾。分組有效地減少了對(duì)特定的接收器產(chǎn)生嚴(yán)重串?dāng)_的線路數(shù)量，串?dāng)_基本上與地線之間的信號(hào)線數(shù)目成正比。

準(zhǔn)則5 在連接器邊沿增加額外的地線減少串?dāng)_幾乎不起作用，在連接器邊沿采用大的接地效果也一樣。