Перейти к содержанию

Синфазная и дифференциальная помеха

Помеха на двух проводах сигнала бывает двух видов. Дифференциальная — между проводами, как сам сигнал. Синфазная — одинаковая на обоих относительно земли. Природа у них разная, и борются с ними по-разному.

Обновлено Редакция GAW

Помеху на паре проводов — сигнальном и обратном — описывают двумя составляющими (TI, SZZA009, разд. 1.5):

  • Дифференциальная идёт по сигнальному проводу к нагрузке и возвращается по обратному; между проводами есть разность напряжений. Так работает и сам сигнал — например, при переключении выхода.
  • Синфазная идёт по обоим проводам одновременно, и разности между ними нет. Её создаёт импеданс, общий для сигнала и обратного провода: ток другой цепи падает на нём и поднимает потенциал обоих.
ДифференциальнаяСинфазная
Где напряжениемежду сигналом и обратным проводомна обоих проводах относительно земли
Откудасам сигнал и его фронтыпадение на общем импедансе
Примерпереключение выходадребезг земли на выходах
Чем боротьсяне делать фронты круче нужногоразвести общие пути токов

Общий импеданс

По TI помеха через общий импеданс — самый частый источник шума в системах на микроконтроллере. Ток тактовых цепей внутри микросхемы проходит через те же выводы питания и земли, что и ток выходов, и шум переключений выходит «иголками» даже на статичные выходы. Отсюда меры: короткие и широкие цепи питания и земли, плоскость земли и малые петли — см. электромагнитные помехи.

Защита на приёме

Дифференциальные интерфейсы — дифференциальная передача — сравнивают разность двух проводов, и синфазная помеха в ней вычитается. Насколько хорошо, показывает подавление синфазного сигнала приёмника или усилителя.

Частые вопросы

Что такое дребезг земли?

Скачки напряжения «земли» микросхемы при одновременном переключении многих выходов: ток всех выходов проходит через общие выводы земли и питания, и на их импедансе падает напряжение. По руководству TI SZZA009 это пример синфазной помехи — она появляется сразу и на сигнале, и на обратном проводе.

Почему дифференциальные интерфейсы устойчивы к синфазной помехе?

Приёмник дифференциального сигнала смотрит на разность напряжений двух проводов. Синфазная помеха одинакова на обоих и в разности вычитается — насколько хорошо, показывает коэффициент подавления синфазного сигнала приёмника.

Как уменьшить помеху через общий импеданс?

Не пускать большие и малые токи по одному проводнику: вести питание и землю коротко и широко, землю под питанием, давать быстрым цепям собственные конденсаторы развязки и сплошную землю под микроконтроллером — так советует TI SZZA009.

Источники

  1. Texas Instruments. PCB Design Guidelines For Reduced EMI (SZZA009, November 1999) — разд. 1.5: дифференциальная помеха идёт по сигнальной дорожке к приёмнику и обратно по обратному проводу — между проводами есть разность; синфазная помеха — напряжение, идущее по сигнальному и обратному проводу одновременно без разности между ними, её создаёт импеданс, общий для сигнала и обратного провода; помеха через общий импеданс — самый частый источник шума в микроконтроллерных системах без внешней памяти; пример синфазной помехи — дребезг земли на выходах; разд. 1.1: шум переключений тактовых цепей выходит на статичные выходы через общий импеданс выводов питания и земли
  2. Texas Instruments. High-Speed Layout Guidelines (SCAA082A, revised August 2017) — обратный ток высокой частоты идёт под сигнальной дорожкой; прорезь в плоскости земли увеличивает площадь петли и излучение

Нашли ошибку?