基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)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(xiàn)性和非線(xiàn)性算法等特性，DSP已成為通信、計(jì)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(yǔ)音信號(hào)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(lái)干擾源，再加上語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)對(duì)信號(hào)噪聲非常敏感，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題。否則，至少會(huì)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(yǔ)音信號(hào)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(yǔ)音信號(hào)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(yáng)黑子運(yùn)動(dòng)等造成的天電噪聲源、電阻等電子元器件工作時(shí)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(chē)點(diǎn)火裝置造成的點(diǎn)火系統(tǒng)干擾源、無(wú)線(xiàn)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(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的危害最大（這里不研究語(yǔ)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(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，只要有電壓存在就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。磁場(chǎng)、電場(chǎng)隨時(shí)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(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的干擾途徑主要有電源線(xiàn)、輸入/輸出線(xiàn)、接地線(xiàn)、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(duì)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；
②隔離干擾源；
?、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(chǎng)所處于工作狀態(tài)時(shí)，不對(duì)其周?chē)a(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(dòng)作和性能降低，按設(shè)計(jì)獲得其工作能力。也就是說(shuō)，設(shè)備或系統(tǒng)不對(duì)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(duì)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：
（1）增加總線(xiàn)的抗干擾能力。采用三態(tài)門(mén)形式的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，并給總線(xiàn)接上拉電阻，使總線(xiàn)在瞬間處于穩(wěn)定的高電平而避免總線(xiàn)出現(xiàn)懸空狀態(tài)。總線(xiàn)須加緩沖器。
（2）提高系統(tǒng)控制信號(hào)抗干擾能力。在系統(tǒng)中通常有RESET、STB等控制線(xiàn)，當(dāng)CPU與其控制器件的傳輸距離較遠(yuǎn)且控制線(xiàn)阻抗較高時(shí)，就容易受到脈沖噪聲干擾。可在被控制器件的輸入端并聯(lián)一只20 pF的電容，并且在RESET等控制信號(hào)線(xiàn)并聯(lián)一只0.Ol μF電容?？刂凭€(xiàn)加一級(jí)緩沖器，使控制線(xiàn)的阻抗變低，也有助于抑制干擾。
?。?）抑制數(shù)字信號(hào)的串模干擾。這種串模干擾是相鄰信號(hào)線(xiàn)在傳輸信號(hào)過(guò)程中引起的干擾，大多發(fā)生在印制板平行導(dǎo)線(xiàn)上。串模干擾的強(qiáng)弱與相鄰兩信號(hào)線(xiàn)之間的耦合阻抗和信號(hào)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(hào)線(xiàn)的長(zhǎng)度；傳輸多種電平信號(hào)時(shí)，盡量把前、后沿時(shí)間相近的電平信號(hào)劃為一組傳輸；在雙面印制板的背面布置較大面積的地線(xiàn)區(qū)域，從而對(duì)部件產(chǎn)生的高頻脈沖噪聲起到吸收和屏蔽的作用。
?。?）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(jì)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(shí)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(chēng)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(mén)狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專(zhuān)用器件MAX692構(gòu)成的看門(mén)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(mén)狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門(mén)狗檢測(cè)輸入端，接到DSP的一個(gè)專(zhuān)用I/O口或一個(gè)總線(xiàn)口上。RESET是復(fù)位信號(hào)輸出端，接DSP的復(fù)位端RST。MAX692的WDI定時(shí)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(guò)“看門(mén)狗”定時(shí)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。