模擬數(shù)據(jù)(Analog Data)是由傳感器采集得到的連續(xù)變化的值,例如溫度、壓力,以及目前在電話、無線電和電視廣播中的聲音和圖像。
安全視頻監(jiān)控市場在2008年以后飛速增長。以往的監(jiān)控系統(tǒng)屬于同軸線的閉路電視(CCTV)系統(tǒng),如果將其改造升級成網(wǎng)絡IP攝像機系統(tǒng),則可能需要對現(xiàn)有基礎設施進行改造,尤其是重新布線方面將耗費大量成本。Intersil在收購Techwell后,推出數(shù)模混合傳輸解決方案,為滿足模擬CVBS(復合電視廣播信號)和數(shù)字IP視頻信號在同一條同步傳輸,并能滿足信號傳送300米-500米的能力。“在新來臨的高清時代,要把所有系統(tǒng)推倒重來,還是說兼二顧之?”目前,高清網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的時代會快速的呈現(xiàn)出來,以往的同軸線系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足廣大用戶的需求,而基于同軸線傳輸?shù)男盘?,線纜資源將是非常巨大的。混合信號傳輸技術則是利用原有的同軸線上傳輸一路模擬視頻信號,外加一個50Mbps帶寬以內(nèi)的網(wǎng)絡視頻信號的傳輸,而不需要使用新的線路或進行電纜修改,從而顯著節(jié)約成本和資源。此項技術在國外已經(jīng)廣泛推崇,正是因為國外用戶使用線纜的態(tài)度非常明確:一個系統(tǒng)中的線纜占據(jù)整個系統(tǒng)成本的40%-55%,必須把線纜敷設規(guī)范,保證正常使用15-30年。
數(shù)字數(shù)據(jù)(Digital Data)則是模擬數(shù)據(jù)經(jīng)量化后得到的離散的值,例如在計算機中用二進制代碼表示的字符、圖形、音頻與視頻數(shù)據(jù)。
數(shù)字電路抗噪聲能力強,在噪聲容限內(nèi),不影響系統(tǒng)的正常工作。而該噪聲對模擬信號
而言,則往往是致命的,會造成系統(tǒng)的性能的大幅度下降。在數(shù)模混合系統(tǒng)中,由于數(shù)字與
模擬之間存在著電流回路,這就為數(shù)字噪聲進入模擬系統(tǒng)提供了很好的途徑。如果處理不當
,不但可能帶來嚴重的EMI問題,還有可能導致模擬系統(tǒng)不能正常工作。
一般在數(shù)模混合系統(tǒng)中,會存在以下幾個干擾因素:
數(shù)字信號線對模擬電路的干擾。做設計時,如果沒有對數(shù)字信號與模擬信號進行規(guī)劃區(qū)分區(qū)域布局布線,將數(shù)字信號線布在模擬部分信號之上或者將模擬信號布在數(shù)字信號之上,就會導致數(shù)字信號線對模擬電路的干擾,常常這種干擾是感性的。
數(shù)字電源與數(shù)字地對模擬電路的干擾。在數(shù)?;旌掀骷?nèi)部,數(shù)字地和模擬地之間、數(shù)字電源與模擬電源之間是相互隔離的,但是對應器件的正常工作而言,系統(tǒng)必須相對與一個統(tǒng)一的參考地,因此外部必須將二者連接在一塊。但是任何與數(shù)字地連接的外部阻抗都可以通過寄生電容將大量的數(shù)字噪聲耦合到芯片的內(nèi)部模擬電路,從而造成對模擬電路部分的干擾。同樣地,數(shù)字噪聲也可以通過數(shù)字電源耦合到IC內(nèi)部模擬電路部分。
針對這個干擾因素,可以對模擬地和數(shù)字地的進行這2種處理:
采用單點接地或多點接地。為了避免數(shù)字地對模擬地的影響,將數(shù)字地與模擬地分割開,在地平面的適當點用‘地連接橋’將兩種地連接在一起。
根據(jù)具體電路的情況采用多點連接或單點連接。對于模擬電路和數(shù)字電路只有一處連接的采用單點接地(例如只有一個AD或DA轉(zhuǎn)換器),對于有多處連接的采用多點接地(例如有多個AD或DA轉(zhuǎn)換器)。一、數(shù)?;旌想娐犯蓴_的產(chǎn)生機理
模擬信號與數(shù)字信號相比,對噪聲的敏感程度要大得多,因為模擬電路的工作依賴連續(xù)變化的電流和電壓,任何微小的干擾都能影響它的正常工作,而數(shù)字電路的工作依賴在接收端根據(jù)預先定義的電壓電平或門限對高電平或低電平的檢測,具有一定的抗干擾能力。但在混合信號環(huán)境中,數(shù)字信號相對模擬信號而言是一種噪聲源。數(shù)字電路工作時,穩(wěn)定的有效電壓只有高低電平兩種電壓。當數(shù)字邏輯輸出由高電壓變?yōu)榈碗妷?,該器件的接地管腳就會放電,產(chǎn)生開關電流,這就是電路的開關動作。數(shù)字電路的速度越快,其開關時間一般也要求越短,當大量的開關電路同時由邏輯高電平變?yōu)檫壿嫷碗娖綍r,由于地線通過電流的能力不夠,大量的開關電流就會引起邏輯地電壓發(fā)生波動,我們稱為地彈。數(shù)字電路造成的地彈噪聲和電源擾動,如果耦合到模擬電路中,就會影響模擬電路的工作性能。
二、混合信號電路板成功的關鍵是什么?
器件的布局與分割,以及布線的方式,而不是地平面的分割(更重要的是理解平面分割的原因)。
三、干擾隔離處理方式與相關分析
在嘗試理解這個問題時,我們需要了解2個EMC(電磁兼容)的基本原則。
一,電流總是會回到它們的源頭,我們應該使其回流路徑盡可能的短,即回流路徑在三維空間中形成的環(huán)路要盡量小。
二,系統(tǒng)應該只有一個參考平面。如果系統(tǒng)中存在2個參考平面,相當于制造了一個偶極子天線(dipole antenna)。如果電流無法就近回流,相當于制造了一個環(huán)狀天線(loop atenna)。
這兩種情況都是我們不想要的。
多數(shù)情況下我們會在混合信號電路板中分割地平面,使得數(shù)字地和模擬低隔離開。盡管分割地平面的嘗試是能夠在調(diào)整后起效的,但存在很多潛在的問題,特別是在大型的復雜系統(tǒng)中。一個重要的問題就是,你不能跨過兩個分割的地平面進行布線。如果你垮了,就會發(fā)現(xiàn)信號的串擾和輻射極具增加。