1、信號(hào)串?dāng)_
串?dāng)_指的是在兩條信號(hào)線之間的耦合現(xiàn)象。信號(hào)因?yàn)榭臻g距離近的原因?qū)е碌男盘?hào)線之間會(huì)出現(xiàn)不希望看到的電感性和電容性耦合從而互相干擾。電容性耦合會(huì)引發(fā)耦合電流，而電感性耦合則引發(fā)耦合電壓。在電路設(shè)計(jì)中，是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題。
2、本文概要
本文要解決的是RS485發(fā)送端波形噪聲干擾大的問(wèn)題，如下圖1所示是其原理圖，RS485的發(fā)送，接收，使能控制引腳通過(guò)一個(gè)10R電阻分別直接連接到MCU端口上。這個(gè)電路是目前市面上比較常用的RS485方案，具體的實(shí)現(xiàn)方式如下：
在空閑期間，485EN為低電平，MCU處于接收狀態(tài)；在準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)之前，MCU會(huì)先拉高485EN，U25處于發(fā)送狀態(tài)；發(fā)送完畢之后，485EN重新處于低電平，U25處于接收狀態(tài)。此方案的關(guān)鍵是要掌握好控制485EN引腳的高低的時(shí)機(jī)，否則會(huì)有丟包問(wèn)題。
圖 1 RS485 典型應(yīng)用原理圖
3、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)及解決過(guò)程
硬件測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射端DI的波形如下圖2所示，在信號(hào)上有很大的毛刺（電阻R15前后都一樣），測(cè)量另外一路同樣的RS485電路就不會(huì)有這種問(wèn)題，分析電路原理上是不會(huì)有問(wèn)題的，懷疑是這路信號(hào)被其他信號(hào)干擾了。
圖 2 RS485發(fā)射引腳DI(UART6_TX)的波形圖
打開(kāi)PCB圖，找到UART6_TX這根線對(duì)應(yīng)的PCB走線圖，如下圖3、圖4所示。我們可以看到這根線從MCU出來(lái)后通過(guò)過(guò)孔到第三層，然后徑直往上，在上面通過(guò)過(guò)孔回到第一層，然后通過(guò)R15電阻接入RS485芯片的DI引腳，整個(gè)路徑除了和第一層的DCDC_OUT這根線有一段短距離的平行布線之外，其余還算干凈。查看DCDC_OUT信號(hào)，發(fā)現(xiàn)DCDC_OUT是MCU的內(nèi)核電壓，系統(tǒng)選用的MCU內(nèi)部含有PMU單元，內(nèi)部DCDC單元是其中的一部分，其框圖如下圖5所示?？紤]到buck芯片的強(qiáng)干擾影響，猜測(cè)是內(nèi)核DCDC輸出布線對(duì)UART6_TX造成的耦合干擾。
圖 3 UART6_TX走線路徑圖
圖 4 UART6_TX與DCDC_OUT平行走線部分
圖 5 DCDC block diagram
同時(shí)監(jiān)測(cè)RS485發(fā)送引腳波形DI與LP點(diǎn)(圖5框圖中電感前)的電壓波形，如下圖6所示，可以發(fā)現(xiàn)，干擾的頻率與LP處頻率基本一致，基本可以判斷是芯片內(nèi)核電源buck芯片的平行輸出布線耦合到RS485 DI引腳上去的。
注：黃色代表RS485上波形、LP處波形
圖 6 發(fā)送端DI與LP處波形
那有人說(shuō)了，這樣判斷是不是有點(diǎn)草率了？有沒(méi)有可能是RS485芯片部分的接收到其他地方的干擾傳導(dǎo)前面發(fā)射端的呢？好的，那我們?cè)賮?lái)驗(yàn)證一下：我們先把R15電阻斷開(kāi)，然后觀測(cè)靠近MCU端的波形和LP點(diǎn)輸出電壓波形，如下如7所示，發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)R15后，干擾波形依然存在，測(cè)量DI端波形，如下圖8所示，波形無(wú)干擾。因此，基本確定干擾由前級(jí)DCDC_OUT與UART6_TX平行布線部分串進(jìn)來(lái)的。
圖 7 R15斷開(kāi)后測(cè)量的MCU端與LP處波形
圖 8 R15斷開(kāi)后測(cè)量DI端波形(黃色)
4、解決方法
原因找到了，那么如何去除干擾呢？
1、布線的時(shí)候?qū)⑦@段平行布線改掉，避免平行布線或拉遠(yuǎn)布線間距；
2、RS485發(fā)送DE引腳加一個(gè)小電容濾除噪聲，因?yàn)樵肼曨l率在1.65MHz，RS485頻率最大110k，頻率相差比較大，好濾除。如下是在DI引腳處添加不同容值的電容時(shí)的測(cè)試波形圖，考慮到既要去除干擾又要保證信號(hào)波形上升下降沿的質(zhì)量，因此最終選擇用1nF電容。
圖 9 22pF時(shí)DI引腳波形圖
圖 10 220pF時(shí)DI引腳波形圖
圖 11 1nF時(shí)DI引腳波形圖
圖 12 10nF時(shí)DI引腳波形圖
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