5. 反射干扰噪声的抑制

在数字信号处理系统中，要进行很多时钟信号和数字信号的传输，因其传输线路始端和终端阻抗不匹配，所传输的信号会在阻抗不连续处发生反射，使传输的信号波形出现上冲、下降和振荡。反射还会降低器件噪声容限，加大延迟时间，而且如传输线传输时间与所传输的延迟时间大致相同，反射会带来严重的后果，有的使传输的信息产生错误，有的使电压超过电路的极限值影响电路的正常工作。
传输线上阻抗不匹配，即特性阻抗为Z0的传输线与阻抗不等于Z0的信号源、负载电路、负载元件或者特性阻抗不等于Z0的线路连接。通常情况下，传输线是无损耗线，单位长度传输线的传输时间τ＝和特性阻抗，式中C，L为单位长度传输的分布电容和分布电感。
传输线最大匹配线长度lmax＝trv／k
式中：lmax——单位mb
tr——传输信号的前沿时间（μs） 
v——电磁波速度，1．4×108～1．4×108 m／s
k——经验常数，一般取k＝4～5

如果传输线的长度超过lmax，应在其始端和终端进行阻抗匹配。
现在对信号在传输线上的传输过程做一分析：信号从始端出发，经传输线向终端负载，由于阻抗不匹配就会造成信号严重畸变。下面以VCD机机芯DSP信号输出端至MPEG板之间传输线为例进一步加以说明。用长10cm束捆线和长60cm扁平电缆作传输线进行对比实验。先用束捆线作实验，用泰克TDS－520A数字示波器测得DSP输出端和MPEG板输入端的波形基本一致，以如图5所示BCK波形为例。

由图5可见，BCK的上升沿时间Tr≈10 ns，其lmax＝50 cm，因此束捆线长度l＝10 cm＜＜lmax，因是短线，传输时间很短不必进行阻抗匹配。然而如把束捆线换成长60 cm的扁平电缆，BCK的波形如图6所示。

由BCK波形知，换成扁平电缆后，波形畸变明显变大，主要是上升沿变差，上升时间tr变大和波形的波峰谷比变大。其原因是扁平电缆的长度l＝60  cm＞lmax＝50cm，传输电缆要作长线处理，其阻抗必须进行匹配，DSP输入端的上升时间变长是由于反射至DSP输出端反射波的反射系数有正有负而形成波峰和波谷使上升时间tr变长，DATA，LRCK波形也有类似情况。

通过上述比较实验，要抑制反射干扰，要设法使发送端和终端的阻抗匹配，或者把传输线的长度尽可能缩短，即l＜＜lmax，由于是民用产品，还要考虑到生产成本及生产加工过程方便等原因。

在数字AV产品中，采取的措施为：
（1）DSP输出端加适当电阻使之与束捆线和扁平电缆的特性阻抗基本相一致，发送端的阻抗基本匹配，抵消了数字信号脉冲上升／下降的过冲。
（2）把束捆线的长度缩短为l＜＜lmax，因线很短，波形畸变轻微。实际结果使DSP的波形明显改善，实际电路如图7所示。
（3）用终端二极管取代匹配电阻，此法已广泛应用于数字IC的芯片制作中，作为输入输出端的匹配和保护网络，如图8。这种匹配方法有以下优点：能改善终端波形；对发送端的电平高低没有影响；补设方便，同机有多个负载时达到最佳匹配；具有保护作用，有效抑制过冲脉冲。
（4）加整形电路可减小连接线不匹配引起干扰噪声的影响，整形电路通常加在输入端前且要注意不能产生信号新的相位变化。如图9是PHILIPS  3碟VCD机芯与MPEG板进行时钟传输时在MPEG板时钟输入端加接的一个整形电路。

6. 数字信号的串扰抑制

所谓串扰是指信号传输线在传输信号的过程中，在其相邻信号线上引起严重的干扰噪声，大多发生在扁平电缆、束捆导线或印制板电路上平行的印制导线之间。串扰的强弱与相邻两信号线之间的互阻抗和信号本身的阻抗有关。下面讨论扁平电缆的串扰问题。

现代数字AV产品中，广泛使用扁平电缆做连接导线，虽有很多优点，然而若使用不当，很易发生串扰，引起意相不到的问题，影响数字产品的正常工作。扁平电缆的各导线之间均有分布电容，如图10所示。

经实际测量，每10 cm长的相邻导线间的分布电容约3 pF。频率为100 MHz时，1 pF电容的阻抗为1．6 kΩ，10cm传输的耦合阻抗仅为0．5 kΩ，而且扁平电缆导线的分布电容与其长度成正比，布线较长时串扰更为严重。以VCD机为例，信号为数百千赫兹、数兆赫兹的方波和10～20 MHz的时钟信号，其含有的几十倍的高次谐波，信号频谱最高近数百兆赫兹，这种高频分量极易通过扁平电缆各导线之间的分布电容相互串扰。在VCD机试制时，笔者做过对比实验，分别用60 cm长扁平电缆和10 cm长的束捆线连接DSP与MPEG板，其波形如图11所示。

由图11可见，60 cm扁平电缆上的干扰明显比10cm长束捆线上的干扰大的多，说明扁平电缆分布电容与长度成正比，干扰又与分布电容成正比。

如把DSP输出端的BCK时钟断开，60cm扁平电缆的LRCK波形如图12所示。由图12可以看出，LRCK干扰点明显减少和干扰脉冲幅度下降。由此说明干扰大部分来自BCK方波信号，导线间保持一定距离可降干扰。

在松下130／330　DVD机中，机芯数据输出为并口方式，与MPEG板之间用软性印制电缆连接，由于DVD　MPEG2的码率是VCD机的几倍，且主时钟的频率比VCD高，所以，每根数据时钟线之间用地线隔开，连接电缆表面涂覆一层导电层加以屏蔽，可以减小线间的分布电容，从而减小线间的相互串扰和高频脉冲向外辐射。

在数字AV产品中采取了以下措施：
（1）尽可能缩短信号线的传输长度。
（2）在多种电平的信号传输时，应尽量把前后沿时间相近的同级电平信号划为一组传输。就VCD来说，DATA，BCK，LRCK信号与主时钟之间用一根地线相互隔离。必要时用屏蔽线代替束捆线来传输MCLK和BCK时钟，减小串扰和辐射。
（3）若条件允许，在双面印制板布线时，正面传输高频数字信号和时钟信号，在其传输印制电路背面尽可能加大接地面积，这样由于平行导线间的分布电容在导线接近地平面时会变小的缘故，信号线之间串音干扰会减小；在MPEG芯片、DRAM、SDRAM及其它高速数字器件印制板布线时，其背面布上大片地线，地线可以吸收屏蔽器件产生的高频脉冲噪声。