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要解決信號(hào)完整性問(wèn)題，最好有多個(gè)工具分析系統(tǒng)性能。如果在信號(hào)路徑中有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，那么當(dāng)評(píng)估電路性能時(shí)，很容易發(fā)現(xiàn)三個(gè)基本問(wèn)題：所有這三種方法都評(píng)估轉(zhuǎn)換過(guò)程，以及轉(zhuǎn)換過(guò)程與PCB設(shè)計(jì)布線及電路其它部分的交互作用。三個(gè)關(guān)注的方面涉及到頻域分析、時(shí)域分析和直流分析技術(shù)的使用。本文將探討如何使用這些工具來(lái)確定與電路PCB設(shè)計(jì)布線有關(guān)問(wèn)題的根源。我們將研究如何決定找什么；到哪里找；如何通過(guò)測(cè)試檢驗(yàn)問(wèn)題；以及如何解決發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題等。

　　電源噪聲

　　電路應(yīng)用中的常見(jiàn)干擾源來(lái)自電源，這種干擾信號(hào)通常通過(guò)有源器件的電源引腳引入。例如，A/D轉(zhuǎn)換器輸出的時(shí)序圖。A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速度是40ksps，進(jìn)行了4096次采樣。

　　在此例中，儀表放大器、參考電壓源和A/D轉(zhuǎn)換器上沒(méi)有加旁路電容。另外，電路的輸入都是以一個(gè)低噪聲、2.5V的直流電壓源作為基準(zhǔn)。

　　對(duì)電路的深入研究表明，時(shí)序圖上看到的噪聲源來(lái)自于開(kāi)關(guān)電源。電路中添加了旁路電容和扼流環(huán)。電源上加了一個(gè)10mF的電容，并且在盡可能靠近有源元件的電源引腳旁放置了三個(gè)0.1mF的電容。在產(chǎn)生的新時(shí)序圖上可以看到，產(chǎn)生了穩(wěn)定的直流輸出，柱狀圖可驗(yàn)證這一點(diǎn)。數(shù)據(jù)顯示，電路的這些更改消除了來(lái)自電路信號(hào)路徑的噪聲源。

　　造成干擾的外部時(shí)鐘

　　其它系統(tǒng)噪聲源可能來(lái)自時(shí)鐘源或電路中的數(shù)字開(kāi)關(guān)。如果這種噪聲與轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)，它不會(huì)作為轉(zhuǎn)換過(guò)程中的干擾出現(xiàn)。但是，如果這種噪聲與轉(zhuǎn)換過(guò)程無(wú)關(guān)，采用FFT(快速傅立葉變換)分析，可以很容易發(fā)現(xiàn)這種噪聲。

　　時(shí)鐘信號(hào)干擾的示例可參見(jiàn)FFT圖。此圖使用了電路，并添加了旁路電容。在圖4所示的FFT圖中看到的激勵(lì)，由電路板上的 19.84MHz時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生。在此例中，PCB設(shè)計(jì)布線時(shí)幾乎沒(méi)有考慮走線之間的耦合作用，在FFT圖中可以看到忽略此細(xì)節(jié)的結(jié)果。

　　這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)修改PCB設(shè)計(jì)布線來(lái)解決，將高阻抗模擬走線遠(yuǎn)離數(shù)字開(kāi)關(guān)走線；或者在模擬信號(hào)路徑中，在A/D轉(zhuǎn)換器之前加抗混疊濾波器。走線之間的隨機(jī)耦合在某種程度上更難以發(fā)現(xiàn)，在這種情況下，時(shí)域分析可能比較有效。

　　放大器使用不恰當(dāng)

　　回到電路，在儀表放大器的正相輸入端施加一個(gè)1kHz的交流信號(hào)。此信號(hào)不是壓力傳感的特性，但是可以采用這個(gè)示例來(lái)說(shuō)明模擬信號(hào)路徑中器件的影響。

　　FFT圖顯示了施加上述條件后的電路性能。注意基波看起來(lái)有失真，許多諧波也有同樣的失真。失真是由于使放大器輕微過(guò)激勵(lì)引起的。解決此問(wèn)題的方法是降低放大器增益。

　　結(jié)語(yǔ)

　　解決信號(hào)完整性問(wèn)題可能會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間，尤其是當(dāng)工程師沒(méi)有工具來(lái)解決棘手的問(wèn)題時(shí)。在“竅門(mén)箱”中有三種最佳的分析工具：頻域分析工具(FFT)、時(shí)域分析工具(示波器照片)和直流分析工具(柱狀圖)。工程師可以用這些工具來(lái)識(shí)別電源噪聲、外部時(shí)鐘源和過(guò)激勵(lì)放大器失真。