低速信號電流沿阻抗最小，即最短的路徑返回源端。而高速信號則是沿電感最小的路徑返回：這樣的最小的回路面積位于信號線的下面，如圖1所示。

圖１：高速信號與低速信號電流的比較。

因此，高速信號設計的目標之一就是為信號電流提供最小的電感回路。這可以利用電源平面和地平面來實現。電源平面通過形成自然的高頻退耦電容將寄生電感降到最小。而地平面形成一個屏蔽面，即眾所周知的鏡像平面，能夠提供最短的電流回路。

一種有效的PCB布線方法就是將電源平面和地平面靠在一起。這樣形成了高平板電容和低阻抗，有利于降低噪聲和輻射。為了屏蔽，最好的選擇是：關鍵信號最好布到靠近地平面一邊，而其余的則應靠近電源平面一側。

在高速視頻系統中，保持回路短的目的意味著視頻地不能被隔離。而必須被隔離的音頻地，絕不能在數據輸入點處短接到數字地上，如圖2所示。

圖2：音頻地隔離。

電源隔離和鎖相環

如何實現最佳供電是控制噪聲和輻射的最大挑戰。動態負載開關環境很復雜，包括的因素有：進入和退出低功率模式；由總線競用和電容器充電所引起的很大的瞬態電流；由于退耦和布線不合理引起較大的電壓下降；振蕩器使線性調節器輸出過載。

圖3給出了一個設計電流回路的實例，其中利用了電源線退耦。該例中的退耦電容盡可能靠近DSP。如果沒有退耦，動態電流回路將較大，這將加大電源電壓的降幅，從而產生電磁輻射。

圖3：電源退耦。

為PLL供電時，電源隔離是非常重要的，因為PLL對噪聲非常敏感，并且對于穩定系統來說，要求抖動非常低。你還需要選擇模擬的還是數字的PLL，模擬PLL對噪聲的敏感度比數字PLL要低。

圖4：PLL電源隔離。

如圖4所示的具有低截至頻率的∏型濾波器經常被用來將PLL與系統中的其他高速電路隔離開。一個較好的辦法是利用一個低壓差（LDO）電壓調整器來獨立產生PLL的電源電壓，如圖5所示。該方法雖增加了成本，但確保了低噪聲和優異的PLL性能。

圖5：利用LDO實現PLL電源的隔離。

串擾及傳輸線效應

信號間的干擾，即串擾，可以通過電磁輻射在印制線間傳播。這也可能由電源和地平面上的無用信號以電氣的形式產生。串擾與印制線間距的平方成反比。因此，為了將串擾減到最小，單端信號的布線間距應至少是印制線寬度的2倍。對于像以太網和USB這類的差分信號，印制線間距需要與印制線寬度相同，目的是能夠與差分阻抗相匹配。關鍵信號可以用地和電源平面進行屏蔽，或者在改板時增加與信號并行的地線。

有些信號還產生引起串擾的高頻諧波。由于輻射的能量正比于信號的上升和下降時間，較慢的上升或下降時間引起的干擾將較小。圖6顯示出視頻干擾的實例，這些干擾可能由內部時鐘的輻射所引起。在北美地區第二頻道中，18.432MHz的音頻時鐘的三次諧波，將產生如圖中左側所示的干擾。通過在音頻時鐘印制線上增加一個串聯電阻來放慢時鐘的上升和下降時間，減小了干擾，其結果如圖6中的右側所示。不過，設計師需要了解定時裕度，以便于將上升和下降沿降低到系統所允許的限度內。

圖6：解決音視頻串擾。

與串擾相關的是傳輸線效應，這種效應在高速印制線變成產生輻射干擾的發射器時產生。通常，當信號的上升時間小于傳播延遲的2倍時，印制線才發射信號。這就暗示出了一個經驗，即為了減小傳播延遲，印制線的長度應盡可能短。另一個是合理的信號端接將減慢信號的上升時間，從而將反射引起的過沖和欠沖減到最小。圖7顯示了如何利用并行端接來校正電平并將傳輸線效應減到最小。

圖7：利用端接將傳輸線效應減到最小。

設計師可能會質疑，既然芯片內部已經集成了電阻，在外部端接負載電阻是否還有其重要性。實際上，除了控制傳輸線效應外，外部電阻還可以實現信號完整性的精密調整。DSP無法與電路板阻抗完全匹配，因此端接負載可以減小源電流，以及上升和下降時間。

與外部端接負載電阻一樣，外部的上拉和下拉電阻也是重要的。對于無連接的引腳來說，雖然內部的上拉和下拉電阻是足夠的，但高速開關噪聲能夠傳過來，并會誤觸發連接端上的內部邏輯。

控制EMI

能夠輻射到系統外的輻射被認為是EMI，這可能使設計無法通過FCC認證。有兩種可能的輻射：一種是發射源是一條直線型的信號印制線，或者電纜的共模輻射，另一種是其信號和回路構成一個大電流環路的差分模式輻射。共模輻射隨著頻率的升高而降低，而差分模式輻射則隨著頻率的升高而增強，直到其飽和點。這兩種模式的輻射如圖8和9所示。

圖8：共模輻射。

圖9：差模輻射。

如何處理EMI取決于輻射源。對于共模輻射，當EMI來自外部電纜時（例如圖8所示的情況），可以在電纜上加一個扼流圈。如果導致EMI的是內部傳輸線，則通常用端接負載的方式，不過在信號印制線間加入一條地線也有助于減小輻射。另一種可能的方案是將信號的印制線長度減短至小于信號波長（或信號頻率的倒數）的1/20。例如，為了避免傳輸輻射，500MHz的印制線應該短于1.18英寸。

對于差分模式輻射，所輻射的能量是電流、環路面積和頻率的函數。減小輻射的方法包括：端接負載來降低源電流，用合適的電流通道來提供可以減小回路面積的回路，或者降低頻率。

在計算退耦電阻時，還應考慮動態電流。高速電流可能隨時變化，這種瞬變也會引起輻射。此外，改變電容器的值時要防止自諧振限制頻率范圍。PCB分層是一個好方案，因為電源層對高頻形成自然的退耦，而地層則提供最短的回路。把高速信號隔離起來，并使其遠離其他信號。如果可能的話，不要把地層隔開。盡管噪聲和輻射是由系統設計中的復雜的無用功能引起的，但通過上述的一些簡單方法還是可以控制的。

本文小結

高速的DSP視頻系統中有許多潛在的噪聲和輻射源，它們可以擾亂系統的工作，或者使設計通不過FCC的認證。所幸的是，對噪聲和輻射的規劃和掌握可以幫助系統設計師將這些問題減到最小。早期的努力將節省大量的調試工作和后期的麻煩。PCB布局和回路退耦是設計師可以限制系統噪聲和EMI的兩種常用技術。具備了這些技術，DSP視頻設計師就能有效地解決系統的噪聲和輻射。