高速DSP数据采集的信号完整性问题

２．２　解决串扰问题

信号之间由于电磁场的相互耦合而产生的不期望的噪声电压信号称为信号串扰。“串扰”主要是源自两相领导体之间的所形成的互感和互容。串扰超出一定的值将可能引发电路误动作，从而导致系统无法正常工作。下面分别探讨互容、互感与串扰的关系，以及如何解决串扰问题。

（１）电容耦合

串扰＝(ＺbCm)/tr

式中，Ｚb为受扰线的特性阻抗；Ｃm为互容；tr为输入到干扰线的入射电压之上升时间。

要改善互容产生的串扰，可以从两个方面着手。一是减少互容Ｃm,做法是在两相邻的传输线中间加进屏蔽措施。通常，在两个铜箔通路中加装一个接地屏蔽通路，用以改善互容的干扰。二是在时序规定允许的情况下，增加转态较频繁的信号之上升时间。

改善互感所产生的串扰，惟有减少流经互感的电流所形成的回路面积才是较为简易可行的办法。可以借助降低导线与接地平面之间的距离，减小并行信号长度，缩短信号层与平面层的间距，增大信号线间距等措施，来减少两导线的互感量。

２．３　改善反射

反射是产生干扰的几个重要来源之一。为改善因线路的阻抗不匹配而造成反射的现象，可以选择采用“布线拓扑”和“终端技巧”的办法。

利用适当的布线拓扑法来改善反射现象，通常不需要增添额外的电子组件（例如，终端电阻或者钳位二极管）。常见的布线拓扑法有４种，分别是树状法、菊链法、星状法和回路法，如图１所示。其中树状法是最差的布线法，它所造成的反射量最大，额外的负载效应和振铃现象都需要加费心来处理；就“反射”的观点，菊链法是较佳的布线法。菊链法相当适合于地址或者数据总线以及并联终端的布线，基本上是没有分支旁路的。星状法适合串联终端的布线，但条件是输出缓冲器（驱动器）必须是低输出阻抗以及具有较高的驱动能量。回路法基本上与菊链法类似，但是回路法会耗费较多的回路面积，对于共模噪声的免疫能力较差。

除了布线拓扑法，为克服反射现象的干扰，“终端技巧”是最有效的方法。传输线的特性阻抗一般是定值。对于ＣＭＯＳ电路而方，信号的驱动端的输出阻抗比较小，为几十Ω，而接收端的输入阻抗比较大。可以在信号最后的接收端匹配一个电阻（在接收端并联一个电阻），这样匹配和接收端并联的结果就可以和传输线的特性阻抗相匹配了，信号的性能得到了比较好的改善。终端技巧的目的旨在提供一个完全阻抗匹配的传输线环境以及保持电位的稳定。

３　高速ＤＳＰ系统的信号完整性分析

下面结合一个实际的ＤＳＰ高速图像数据采集系统，阐述一下信号完整性问题的产生以及具体的解决方案。

整个ＤＳＰ数据采集系统由三部分构成：模拟前端ＣＣＤ数据采集板、ＣＣＤ控制板和数据处理主控制ＤＳＰ板。处理后的数据通过ＵＳＢ2.0接口传入上行ＰＣ机，如图２所示。

模拟前端ＣＣＤ数据采集板由ＣＣＤ扫描器件、模数转换器件Ａ／Ｄ构成。光源照射到称之为ＣＣＤ（ＣhargeCoupled Device，电荷耦合器件）的光敏元件上实现光电转换。由于要扫描的胶片上不透明的区域透射的光较少，透明的区域透射的光较多，而ＣＣＤ器件可以检测图像上不同区域透射的不同强度的光。ＣＣＤ扫描器件将胶片扫描，并将ＲＧＢ三色信号分别变成三路模拟信号送到Ａ／Ｄ进行采样，转换成ＲＧＢ数字信号，供后续处理板处理。

模数转换器件Ａ／Ｄ的采样精度、对采样信号的抗噪声处理，都影响到采集信号的完整性，直接影响后续处理板的处理效果。我们采用的Ａ／Ｄ是１６位１５Ｍsps的Ａ／Ｄ转换器，主要对ＣＣＤ采集的三色电平信号采样成数字信号。有三个输入通道，分别对应ＣＣＤ器件的Ｒ、Ｇ、Ｂ信号输出。每个通道都由输入ＣＬＡＭＰ、双校正采样器ＣＤＳ、偏移ＤＡＣ和可编程的增益放大器ＰＧＡ构成。这样就复合成了一个高效的１６位Ａ／Ｄ转换器，在精度上可以满足要求。同时，为了减少ＣＣＤ在采样模拟信号时把外界的噪声耦合到系统，在电路设计上采用光电耦合器件对ＲＧＢ三路信号进行隔离。 《高速DSP数据采集的信号完整性问题(第2页)》