基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)
l 引言
目前，由于具有運(yùn)算速度快、片上資源豐富和能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的線性和非線性算法等特性，DSP已成為通信、計算機(jī)和消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，其中在語音信號處理技術(shù)方面顯得尤為突出。然而，由于包括DSP本身在內(nèi)的所有電子器件都是干擾源，而且系統(tǒng)所處的工作環(huán)境中還有很多外來干擾源，再加上語音識別技術(shù)對信號噪聲非常敏感，所以在系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮系統(tǒng)的抗干擾問題。否則，至少會影響系統(tǒng)的處理結(jié)果，甚至造成更為嚴(yán)重的后果。本文介紹基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)。
2 系統(tǒng)的干擾源和干擾途徑
基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)中的干擾源主要有雷電放電造成的大氣噪聲源、太陽黑子運(yùn)動等造成的天電噪聲源、電阻等電子元器件工作時發(fā)熱造成的熱噪聲源、50 Hz工頻電網(wǎng)造成的電網(wǎng)干擾源、家用電器造成的干擾源、電機(jī)造成的電刷干擾源、汽車點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源、無線通信系統(tǒng)造成的射頻干擾源以及一些人為惡意造成的干擾源等，所有干擾源中高頻脈沖噪聲對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的危害最大（這里不研究語音引起的音頻干擾）。
以上提到的干擾源都屬于電磁干擾（EMI）。電磁學(xué)原理：只要有電流存在就會產(chǎn)生磁場，只要有電壓存在就會產(chǎn)生電場。磁場、電場隨時間變化量的多少，就是產(chǎn)生電磁干擾的根本原因。電磁干擾的概念如圖1所示。
基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)的干擾途徑主要有電源線、輸入/輸出線、接地線、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電路的公共阻抗、電源異常等。各種干擾途徑在系統(tǒng)中所占比例如表1所示。
3 抗干擾措施
根據(jù)對系統(tǒng)自身、干擾源和干擾途徑的分析，抗干擾措施主要方案是：
?、偬岣呦到y(tǒng)自身的電磁兼容性；
?、诟綦x干擾源；
?、矍袛喔蓴_途徑。
基于這3種方案，本文提出了一些適用于本系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)和軟件抗干擾技術(shù)。
3.1 電磁兼容
電磁兼容性是指電力、電子、通訊設(shè)備或其系統(tǒng)在其設(shè)置的場所處于工作狀態(tài)時，不對其周圍產(chǎn)生影響，也不被其四周的電磁環(huán)境所影響，不產(chǎn)生誤動作和性能降低，按設(shè)計獲得其工作能力。也就是說，設(shè)備或系統(tǒng)不對外界產(chǎn)生電磁干擾，而且不受所處環(huán)境中電磁干擾影響其正常工作能力。
3.2 硬件抗干擾技術(shù)
由于高頻脈沖噪聲對本系統(tǒng)危害最大，為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，在系統(tǒng)中可采取以下措施：
?。?）增加總線的抗干擾能力。采用三態(tài)門形式的總線結(jié)構(gòu)，并給總線接上拉電阻，使總線在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而避免總線出現(xiàn)懸空狀態(tài)?？偩€須加緩沖器。
?。?）提高系統(tǒng)控制信號抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET、STB等控制線，當(dāng)CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線阻抗較高時，就容易受到脈沖噪聲干擾?？稍诒豢刂破骷妮斎攵瞬⒙?lián)一只20 pF的電容，并且在RESET等控制信號線并聯(lián)一只0.Ol μF電容。控制線加一級緩沖器，使控制線的阻抗變低，也有助于抑制干擾。
?。?）抑制數(shù)字信號的串模干擾。這種串模干擾是相鄰信號線在傳輸信號過程中引起的干擾，大多發(fā)生在印制板平行導(dǎo)線上。串模干擾的強(qiáng)弱與相鄰兩信號線之間的耦合阻抗和信號本身的阻抗有關(guān)。因此，在本系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)盡量縮短信號線的長度；傳輸多種電平信號時，盡量把前、后沿時間相近的電平信號劃為一組傳輸；在雙面印制板的背面布置較大面積的地線區(qū)域，從而對部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲起到吸收和屏蔽的作用。
（4）利用電磁干擾濾波器（EMI Filter）消除電源干擾。隨著電子設(shè)備、計算機(jī)和家用電器的大量涌現(xiàn)與廣泛普及，電網(wǎng)干擾正日益嚴(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)電磁干擾，其電壓幅度高（幾百伏至上千伏）、上升速率塊、持續(xù)時間短、隨機(jī)性強(qiáng)，容易使數(shù)字電路產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，甚至損害設(shè)備。電磁干擾濾波器亦稱電源噪聲濾波器（PNF），它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性。電磁干擾濾波器在系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。
?。?）利用硬件看門狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專用器件MAX692構(gòu)成的看門狗電路如圖3所示，系統(tǒng)所用外圍元件少。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門狗檢測輸入端，接到DSP的一個專用I/O口或一個總線口上。RESET是復(fù)位信號輸出端，接DSP的復(fù)位端RST。MAX692的WDI定時周期為1.6 s，復(fù)位脈沖寬度是200 ms。如果WDI保持高或低超過“看門狗”定時周期（1.6 s），RESET端將產(chǎn)生寬200 ms（最小140 ms）的負(fù)脈沖使DSP復(fù)位。