互感--連接器如何引起串擾

圖9.1中舉例說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。事實上，產生互感噪聲不需要路徑完全重疊，任何兩個相鄰近的電流環(huán)都會相互影響。

連接器的引腳之間也會有寄生電容，但在數(shù)字電路中，寄生電容引起的串擾要比互感引起的串擾小。現(xiàn)在我們首先重點討論問題較大的部分：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個條件。

兩個電流環(huán)之間的互感
源信號DI/DT的最大變化率
接收網絡的阻抗以及是否為源端或末端端接

考慮到兩個環(huán)路之間的互感，我們要找出最壞情況下的串擾，因此以下重點考慮兩個直接重疊的環(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內的全部磁能量來自于兩個方面：首先是從門電路A流出并沿著信號線傳輸?shù)碾娏?，其次是沿著地線傳輸返回信號電流。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到地線的距離，IN
C=信號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。即使這些假設不成立，由于對數(shù)函數(shù)的特性，由上式也很容易得到在一個數(shù)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值得注意的問題。如果連接器的特性關系到系統(tǒng)的性能，那么就買一個連接器并測試它的性能。

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

最后一個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，驅動器緊靠著連接器連接，這里“緊靠”的意思是驅動器到連接器的距離在一個上升沿的電氣長度之內，見式（）。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，耦合噪聲在兩個方向上各分一半。在第一種情況下，耦合進的噪聲迅速在低阻抗驅動端反射，使接收端的耦合噪聲加倍。

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

減緩驅動信號的上升沿時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，可以減小驅動信號的上升時間。如果在接收端放置電容，只會使驅動端信號跳變時流過連接器的沖擊電流增加，使情況變得更糟。