带状电缆串扰-事实之后是否有解决方法?


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我参与了一个项目,其中客户在带状电缆中定义了引脚,而没有考虑可能的串扰问题。信号是1 MHz数据信号,没有接地线将它们分开。我从未经历过串扰,并且对感应毛刺的大小(0.5至0.65伏)感到惊讶。接收端使用的是74HCxx线路驱动器(CMOS开关电平),这会在数据流上产生纯垃圾。客户正在切换到74HCT驱动器,试图将输入“高”开关电平移至毛刺电平以下,但我对此表示担忧。

除了切换到HCT零件或适当地重新设计电路板以挽救我们已有的东西以外,还能做些什么吗?


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您的术语驱动器/接收器有点草率。带有CMOS接收器的CMOS驱动器具有良好的噪声容限。驱动器将在有负载时驱动至GND + 0.5V和Vcc-0.5V,并在无负载时靠近导轨。保证的接收器阈值通常为Vcc的30%和70%,通常接近50%。您应具有> = 1V的裕度。HCT接收器的逻辑低输入阈值为0.8V,裕度仅为0.3V。切换到HCT将会使情况变得更糟为逻辑0
Mattman944

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小故障有多大?
Sascha

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信号的上升/下降时间是多少?如果您可以在源端添加串联电阻以减慢边缘时间,那可能是最好的解决方法。
的光子

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电缆多长时间?使用哪种连接器?IDC 0.100“?
Ale..chenski

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您系统的哪一部分最难替换?我的意思是,电缆是否已经安装在墙上?还是您有成品板托盘?显然,两者都无法留下。如果您使用对称线(两根反相),那么通过带状电缆仍然很容易获得1 MHz。有用于驱动和接收旧10Base-T的芯片,可以为您完成所有这些工作-它们将差值转换为一个输出,可以针对任何幅度损失进行调整...无需重新发明轮子。
Zdenek

Answers:


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是否可以更换带状电缆,或将适配器插入更高针数的电缆?考虑一下IDE / ATA为增加带宽所做的工作-将其从40线电缆切换为80线电缆,并将电缆内的所有其他导线都连接到连接器内的地面。类似的解决方案可以在这里应用。

另外,可以降低摆率吗?在1 MHz时,您的问题可能与信号本身的频率有关,而与信号的快速边缘有关。发射侧的过滤器网络可能会有所帮助。


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您可以保持电路板设计不变,但在电缆的两端制作一个短适配器,然后将实际的电缆制成非带状电缆(最好是微型同轴电缆),或者在两个电缆之间使用适当的接地。信号线。本质上,您需要制作另一根电缆以适合IDC插头(或选择的板对电缆连接器)。像这样:

在此处输入图片说明


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信号是1 MHz数据信号,没有接地线将它们分开。

这非常慢,因此请首先检查驱动侧是否有源端接电阻。如果有电阻器,则可以增加其值以降低压摆率。

如果没有源端接电阻器,那么在每次电平转换时,驱动该电缆的任何因素都会将令人惊讶的大电流脉冲推入电缆电容中,如果未正确解耦,则会破坏驱动芯片的电源。因此,检查示波器是否在两个边缘上或仅一个边缘上产生“串扰”,或者在两个边缘上产生不同数量的串扰,检查电缆驱动器的电源,还应探查其GND引脚与GND平面之间的关系。尝试翻转一个信号,而让其他信号保持不动。如果它以相似的数量从电缆一侧的一根导线“串扰”到所有其他导线,则不是串扰,而是驱动器芯片有接地反弹或不良的去耦,因此您需要修复它。

如果信号是同步的,并且有时钟线,则可以按时钟定时播放。如果将数据锁存到接收端的寄存器中,则电平仅在设置/保持窗口内起作用。因此,如果您在信号稳定后稍微移动一下时钟使其触发,它会有所帮助。除非您也对时钟信号产生串扰,否则在这种情况下它将使时钟倍频,这不是很好。

客户正在切换到74HCT驱动器,试图将输入“高”开关电平移至毛刺电平以下,但我对此表示担忧。

是的,但是它也会将输入的“低”电平向下移动,使其对噪声更加敏感,因此它可能会“固定”一侧的串扰,但会使另一侧的串扰恶化!我想如果您的信号是同步的,并且使用从高到低的时钟边沿,那么这可能会起作用,但是……嗯……最好使用施密特触发器门。

除了切换到HCT零件或适当地重新设计电路板以挽救我们已有的东西以外,还能做些什么吗?

在重新设计之前,请确保确认是否确实是串扰...,接地反弹或驱动芯片中的去耦不良。

还应确保它不是两块板之间的接地弹跳,这是由于电流在GND线中流动并在两块板之间产生电压差引起的。

如果没有引脚并且使用同步信号(带有时钟),则可以将GND线放在时钟和数据线之间,以防止数据沿泄漏到时钟中。


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之后,您有几种选择:

  1. 使用施密特触发器输入接收器
  2. 使用屏蔽铝箔带状电缆
    • 编辑:@Duskwolf拥有最好的解决方案:我忘了所有有关80根电线的电缆(老年人的时刻) 在此处输入图片说明
  3. 以470 pF作为起始值终止
  4. 以110-120欧姆的电缆阻抗接地
  5. 终止于驱动器阻抗〜50欧姆至Vcc / 2矿石当量下拉

增加源电阻会减少上升时间,但不会减少串扰,因为串扰电容Xc / Rs的阻抗比会随着电流摆率的降低而上升。

编辑

使用1m带状电缆估算ESL和C的想法证明

这里使用5个接近1MHz方波的不同信号,但使用不同信号来获得具有不同源阻抗和负载阻抗的混叠串扰。通常我记得,带状电缆是120欧姆的单端电缆,这转化为每米总的电感和电容,但取决于AWG和电介质间距。

在此处输入图片说明


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为了使串扰最小,您需要

(1)间距较宽的带状电缆布线,因此采用大直径塑料护套;这样可以使皮微法拉/米最小化,并使电缆电流最小化(最小磁场)

(2)带状电缆周围的金属箔屏蔽层,以捕获大部分电场。将这些箔纸磨碎。

(3)最小的电缆电流和最慢的边沿速度(缓慢摆动),因此dI / dT较慢且磁场耦合最小;因此使用弱驱动

(4)源终端,也许是100ohms

请注意以下心态:(A)使用较大的线-线间距并使用屏蔽罩来捕获大部分的电通量,从而减小电场的串扰,实际上是减小了线-线电容;同时降低dV / dT。(B)通过增加导线间距来减小磁场串扰,通过减小非常靠近的返回路径(屏蔽层,箔片)的“回路面积”,通过减慢dI / dT来降低磁场,因为dV / dT减小,并且通过不终止于接收端来减小电流。


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您确定看到的毛刺是串扰吗(例如,不是由于阻抗或电源噪声不匹配而引起的振铃)?尝试将一条线穿过另一根屏蔽线:串扰将在其中消失,而振铃和电源噪声将保留。

我强烈怀疑您会看到它正在响,并且一旦您将电缆和驱动器的阻抗匹配,问题就会消失。

如果问题确实是由于串扰引起的,则可以通过降低接收器输入的阻抗来大大改善这种情况。串扰电压可能高到足以干扰信号电平,但肯定不如实际信号强大。这意味着,如果在数据线的接收器侧添加上拉或下拉电阻,则它们将吸收大部分串扰噪声,同时对信号的影响最小。

通常通过去耦电容消除电源噪声。


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将碳带用铝带包裹(用于密封导管的较厚的导电胶带;不是导管带,仅是实际的铝+胶),并将其仅在设备的一端接地。它可能无法完全消除串扰,但会增加每条线路的电容并提供屏蔽,这可能足以满足您的应用要求。但是,这将降低电缆的灵活性。


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或铜带!
安德鲁·麦克雷

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您可以考虑在控制软件中解决此问题。您可以测量从每个电源线到每个输出线的串扰。这定义了“串扰矩阵”。在测量了此串扰矩阵的每个元素之后,您可以通过矩阵求反计算其他导线上所需的补偿电压。


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“补偿电压”?串扰不是静态偏置电压。您无法轻松地补偿它。(即使您可以测量每对电线之间产生的干扰水平,补偿所需的电路也会相当复杂。)
黄昏
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