苏州莱瑞测信息科技有限公司

针对UART通信端口上射频干扰的研究

   2010-05-11 我爱研发网2110

 

  该信号的DC偏移量可由任何CMOS输入-输出引脚的二极管产生。他们通常被称作为ESD(静电释放)保护二极管,但是当它被配置为输出时,它们其实是用来控制引脚的晶体管的耗尽区;那些晶体管经常做双重用途,即在配置为输入时还作为引脚上的ESD保护装置。所以他们在所有CMOS输入/输出电路结构中都是不可缺少的。这些二极管加正向偏压,当信号的幅度使得二极管压降(大约0.6V)正向超过VEXT之上,或者反向低于地电平时,信号将被钳位。为了使信号的幅度随着天线频带内的RF能量的增长而增加,信号的平均电压将可接近VEXT电压的一半。

  这个解释使我们得知,信号的峰峰值从VEXT+0.6V到-0.6V。但示波器所测得的幅度却小很多。要解释为什么幅度会减小,我们估计这是由于示波器探头以及接触电阻所导致的衰减所致,或者是数字示波器的采样率不够,比如它为了采集1GHz附近的完整信号(尤其是给定显示窗口约10ms时),实际的采样率可能比所需的2G采样/每秒的速度要慢很多。图6中对这个理论进行了描述。

  

  图6:用于直流电压偏移观测的解释描述

  RF干扰信号是由印刷导线拾取并被馈送到芯片里,标准芯片输入/输出衰减器作为一个整流器,作为所有CMOS输入-输出引脚(芯片输入/输出)的一部分,二极管被正向偏压,并对正向超过二极管管压降(大约0.6V)VEXT之上,或者反向低于地电平时,信号的摆幅被钳位。同时示波器和/或探头不能测量GHz级的频率,其表现等同一个低通滤波器。于是,在“某些”输入/输出引脚出现反常电压(取决于连接到输入/输出引脚的印刷导线以及EMC的设计水平)。

  也有报告用0Ω电阻器替换10kΩ系列电阻器,这并不能实现消除干扰或DC电平的偏移,但用短接线替换可以实现。留意那些电阻器可以得到解释,即使是0Ω电阻器,也会因为封装与一定量的电阻串联而产生寄生电感。考虑高频时,这个串联的RL分量的作用比纯电阻更像低通滤波器。因此似乎在产生干扰的RF频段内,电阻分量仍然有可能有相当大的阻抗。

  解决方案

  可以通过两种途径减少/消除上述影响:

  1.消除/减少“干扰源”,增加系统干扰免疫(EMC保护)能力,例如将RF电路与其他数字电路隔绝,增加独立的RF和基带屏蔽区,保持良好接地,在手机外壳中使用EMC材料。

  2.为了去除这种“干扰”,通常应该用一只小电容器(注意将电容器紧靠在I/O引脚)。通过在靠近(AD6903.GPIO1)(UART_Rx)测试点附近增加一个27pf电容器到地。从示波器测量中可以发现,消除了输入/输出DC偏移。并且UART通信端口相应的误码率正常。具体参考图7和图8。

  

  图7:低电平正常迹线。

  

  图8:高电平正常迹线
 

 
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