互感--連接器如何引起串擾

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(kāi)門(mén)電路A，經(jīng)由信號返回路徑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)將在信號路徑Y和Z上感應出噪聲電壓。

因為路徑Y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上的感應噪聲大于路徑Z上的感應噪聲。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，但在數字電路中，寄生電容引起的串擾要比互感引起的串擾小?，F在我們首先重點(diǎn)討論問(wèn)題較大的部分：電感。

1、估算串擾

對于圖9.1中任意信號引腳之間信號串擾的大小，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擾，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內的全部磁能量來(lái)自于兩個(gè)方面：首先是從門(mén)電路A流出并沿著(zhù)信號線(xiàn)傳輸的電流，其次是沿著(zhù)地線(xiàn)傳輸返回信號電流。因此互感公式包括兩項，其中的第二項（地線(xiàn)項）大于第一項：

(式1）

其中：A=信號X到信號Y的距離，IN
B=信號Y到地線(xiàn)的距離，IN
C=信號X到地線(xiàn)的距離，IN
D=連接器引腳的直徑，IN
H=連接器的引腳長(cháng)度，IN
LX、Y=環(huán)路X和Y之間的互感，NH

上式中假設連接器是單排的，而且引腳相對較長(cháng)。即使這些假設不成立，由于對數函數的特性，由上式也很容易得到在一個(gè)數量級內精確的結果，這足以準確地判斷連接器的串擾特性是否是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。如果連接器的特性關(guān)系到系統的性能，那么就買(mǎi)一個(gè)連接器并測試它的性能。

下面需要討論的問(wèn)題是系統中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撲結構。圖9.2給出了選擇的方案：第一種情況，驅動(dòng)器緊靠著(zhù)連接器連接，這里“緊靠”的意思是驅動(dòng)器到連接器的距離在一個(gè)上升沿的電氣長(cháng)度之內，見(jiàn)式（）。第二種情況，涵蓋了其他所有的結構形式，包括源端端接。

在第二種情況對應的結構中，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(mén)電路A的單個(gè)階躍輸入，環(huán)路Y上感應出的噪聲脈沖的高度。該脈沖的持續時(shí)間與輸入脈沖的上升沿時(shí)間相當。

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