数电实用知识.ppt

静！,数字电路实用知识,抗干扰 可靠性 接线 空端子 数字地 等……,数字电路中，输入信号混有的噪声电压，只要它的幅度不超过这个电路的阈值电压，那么在输出中就不会看到这种噪声的影响 噪声容限：数字电路中的高电平输入和低电平输入两种情况，都存在着一个容许的限度，只要噪声电压不超过这个容限值，就不会对电路形成干扰 常用数字集成电路中，HTL电路的抗干扰性能最好，其次是CMOS电路、DTL电路及TTL电路各种TTL系列电路的噪声容限,系列名称 阈值电压 高电平噪声容限 低电平噪声容限 74系列 1.5V 0.4V 0.4V 74S系列 1.5V 0.7V 0.3V 74LS系列 1.3V 0.7V 0.3V 阈值电压:电路刚刚勉强能翻转时的输入电压噪声容限与温度有着密切的关系 交流噪声容限：表示电路对于输入频率较高的脉冲性噪声的噪声容限。

频响越高的电路其交流噪声容限就越小 电路的开关速度高，一般其输出阻抗低，在输出线上比较难接收到噪声但从综合考虑来看，要有较好的抗干扰性能，还是应尽量选用开关速度低的电路 噪声能量容限：电路受噪声干扰而发生误动作，不仅需要有超过电路阈值的噪声电压幅值，而且还要具有使电路能产生干扰效应（如误触发、翻转等）的能量数字电路的扇出及空端子,警告： 若电路的指标指出其扇出为N，则表示该电路接有N个同类门电路时其输出为标准电平但从抗干扰的角度考虑，要求电路的输出负载不要超过所规定的扇出数，且应尽可能地留有充分的余量 数字电路中，空着的端子一定要妥善处理，否则噪声很容易通过分布电容进入这些端子，对电路造成干扰空端子的处理,与门空输入端接高电平：比电源电压稍低电源（74LS系列可直接接工作电源）较稳定，但要有一个独立电源，不经济经一电阻接工作电源，或共用一电阻与使用端并联，但增加了前级的负载，即噪声容限将降低与不使用的输出端相连，但要保证该输出一直为高电平触发器不用的R和S端的处理：低电平有效时经一电阻接工作电源；高电平有效时直接接地 触发器空端子的抗干扰措施：根据电路实际速度等，在空输出端接一个对地的小容量电容。

在某些较恶劣环境中最好采用此法，因触发器的空输出端实际上是其中一输入，其耦合噪声即为输入噪声，易导致触发器误触发已用输出端导线较长时也要防止噪声的耦合TTL电路振荡原因及抑制,原因：TTL电路状态转换瞬间二个晶体管会同时导通而有较大的冲击电流，成为噪声源：由于反馈的影响，转换瞬间电路成为具很高增益的放大器则当电压在阈值附近有缓慢变化时，将在输出处成为幅度变化很大的振荡振荡是下一级的噪声，易误触发对容性负载，应将输入首先经斯密特触发器整形，改善前后沿也可用RS触发器；或接一DTL电路处理容性负载的输出注意：有振荡时不能用微分电路直接产生触发脉冲CMOS电路振荡原因及抑制,因电路内部一般加有缓冲电路，其增益很高，故输入信号前后沿变化欠陡或电源电压波动时会振荡，因CMOS电路的阈值会随电源电压波动，故电源滤波是十分重要的加电源滤波电路可有效抑制电路阈值波动引起的振荡 输入波形前后沿变化缓慢或波动时，其沿与阈值相交次数即成为电路实际输入电平变化次数的增加数 输入前后沿较长时，可加一级斯密特触发器信号输入回路上的抗干扰措施,信号和噪声在幅值上有较大差别时，可用电平鉴别的办法将噪声滤除；信号脉宽与噪声脉宽有较大差别时，可采用波形鉴别的办法；当噪声幅值较大而脉宽相差不大时，可先将信号幅值提高，在经过噪声环境后再经用分压输入电路。

由于继电器的输入电压有很大一段不灵敏区，可用于信号和噪声的鉴别但受工作频率的限制，且可靠性差，成本高抗干扰实用举例,利用继电器抗干扰：,一波形鉴别法：RC的值大于噪声脉宽，小于信号的脉宽：,去除开关波形上抖动的措施：,注：1在电路的输入或输入处加接地电容，往往可有效地滤去噪声电容数值应根据不同类型的电路、不同的工作速度和传输时间和电路间的逻辑关系等因素决定这些措施应尽可能地加在靠近输入（出）端的一侧过渡干扰及后果,在信号传输的动态过程中会因电路传输时间变化等原因，出现不合逻辑的尖峰脉冲，对电路产生各种干扰这种因电路传输参数等原因引起的干扰常称过渡干扰（竞争冒险是其中一种）过渡干扰较常见，虽然与外界电磁环境基本无关，但却与电路的设计、器件的选择、装配的水平、环境温度的变化等因素有关传输延迟引起的过渡干扰及抑制,1同一信号经不同路径传输时会因传输时间不一（不般为元器件参数离散性引起）而产生过渡干扰：如虽经相同形式的路径，但因传输特性差异产生干扰；相同信号所经路径形式不同，产生干扰另外：两个器件的关门电平不一致导致过渡干扰的产生如图，为扩展输入端，由于电阻和输入电容等影响，与正规的输入会有不同的传输延迟时间，故应尽量避免。

防止产生这种干扰，或产生后及时抑制在设计电路时对传输时间差别大的器件不要混合使用；改变设计如增加冗余项等；在输出端对地接旁路电容，容量一般为100--500pF（或更大一些，但不能太大）；对CMOS电路，其反相器或缓冲器的输入门电容在5--10pF，可有效地自行吸收过渡干扰信号输入时间先后引起的过渡干扰及抑制,同一级电路几个输入信号输入时间不同会引起过渡干扰，大多出现在与或非电路及译码电路中也会因计数器翻转时间不一致造成过渡干扰，对控制系统引起严重后果 抑制措施：增设选通脉冲及改进计数器；同步计数器由于在输入计数脉冲时，可使所有应翻转触发器同时翻转，译码器的输入就可同时到达，从而避免过渡干扰但同步型逻辑电路中，也必须注意不同级时钟脉冲到达的时间先后问题同步时钟脉冲在传输过程中受静电或电磁感应的干扰要引起电路的误动作；同一个同步信号往往使众多的电路在同一瞬间动作，特别是微机电路中的地址线和数据线控制，带来电源大幅度的波动或共模电位的波动，瞬间流过的工作电流足以使较长的印制线产生较大的噪声电压，故应采取相应的措施和对策CMOS器件的闩锁现象及其它,CMOS IC：功耗低、集成度高、输入阻抗高、工作范围宽、噪声容限较高，耐静电能力差，还会产生闩锁（latch up)现象：器件内部存在寄生晶闸管，一旦被触发动作，CMOS漏极和源极被短路，电流急增，使器件烧毁，或把电源电压抑制在某一个不正常值，使电路停止工作。

寄生晶闸管被触发：门输入端由于某种原因得到一低于源端的电位时，会把寄生晶闸管触发导通由于CMOS内部结构，在输出端也可产生相同的闩锁现象（输出电位高于漏端电位或低于源端电位时）当驱动侧和接收侧使用不同电源时，电源电压上升率不致造成前一级输出高于后一级电源时也会产生闩锁现象，故应将将两电源的上升率调整一致 电路工作时保证：,或在输入输出端加接二极管来保证上式单稳态和双稳态电路的干扰,是数字电路的基本电路单稳态电路常用于信号的延迟和脉宽的调节，而双稳态电路作为基本的触发器更广泛地运用在记忆、计数等逻辑功能上它们的工作正常与否，往往涉及到整个逻辑电路的成功与失败单稳态电路和双稳态电路常表现出对噪声十分敏感，无论是对信号线上的噪声还是对电源线、地线上的噪声，其抗干扰性能都较差，所以应十分重视对这二种基本电路设计和制作时的抗干扰措施触发器的触发灵敏度越低其抗干扰性能越好，但由于触发脉冲往往是上一级的输出，其输出幅度不足时就有触发不可靠的危险实际上是触发灵敏度太高而降低了抗干扰性能单稳态电路的抗干扰,单稳态电路的误触发及相应对策：暂态时间依赖于一电容的放电，此时触发端的噪声很容易引起电路的不正常翻转，导致电路提前翻转。

可使电容容量大些，并适当减小电阻阻值，保持时间常数不变电源线上的负向噪声脉冲，通过电容直接耦合到放大管，造成误触发可在触发输入端加入相应的二极管以阻止负脉冲的进入或消除其作用提高单稳态电路抗干扰性能的典型方法：修改触发输入信号的参考电平（高于噪声电平）；时间常数较大的单稳电路对电源线的噪声十分敏感，此时可采用电流源（动态电阻很高）将电源线噪声与单稳的定时电路隔开；修改单稳电路触发输入管的射极参考电平双稳态电路的抗干扰,要正确处理好双稳态触发器的触发灵敏度与抗干扰性的矛盾及触发器的翻转速度与抗干扰性的矛盾 降低触发灵敏度：减小输入电容或在触发二极管处再串联一、二个二极管等但当前级触发器的输出负载太多太重，以致输出波形下降沿变钝，而此时又需下降沿触发时，不得不提高下级的触发灵敏度来弥补，这就降低了电路的抗干扰能力在开关速度要求不高的电路中，应考虑不接加速电容，因加速电容起了加速翻转的作用，容易误触发，且往往将电源中的噪声直接耦合给晶体管的基极，也导致触发器的误触发电源供给部分加RC滤去电源中的噪声，防止进入触发电路 输出线不能太长可采用加缓冲电路后再输出在不用的输出端可接一个1000pF以下的电容，对防止误触发有一定的作用。

D型触发器使用注意,时钟输入端子如是用脉冲前沿触发（输入进入与门等情形）的器件，则用负脉冲比用正脉冲触发其抗干扰能力要强得多输入端平时则保持高电平；不用的输入端要根据情况接电源或接地；要注意内部反馈的电路情况，如是输出直接反馈，则更要注意，严禁在输出端接长线（防止干扰进入），一定要通过缓冲器；当触发器输出经印制线到另一印制线路板时一定要通过缓冲器进行驱动；不用的输出端可对地接一小电容单稳及双稳电路抗干扰注意事项,电路的地线阻抗尽量小，防止大的公共阻抗耦合进入较高的噪声单稳电路的接地用尽可能距离相近的地线在布线上除注意触发信号的线路外，还要注意外接定时电容和电阻的引线布线定时电阻和电容接点部分的引线要尽可能地短；电容二引线连到电路上所形成的环路面积要小，以防止耦合电磁场的噪声当可变电阻作为定时电阻使用时，应将可变电阻接在电源一侧，而将串接的限流电阻接在另一侧，这样，抗干扰性能较好电压A/D测量技术中的抗干扰措施,电压--数字化测量具有速度快、精度高、读数正确，可接输出打印记录或加以处理等优点 电压--数字转换是数字电压的关键技术，噪声是关系到测量精度的一个主要因素 电压--数字转换的两种方法：直接转换和间接转换。

间接转换：将电压转换成某一中间量，再由中间量转换成数字量用得较多的是电压--时间（V-T）型和电压-频率（V-F）型 利用电压-数字转换进行计算或自动控制，都会遇到被测信号小而噪声却很强的问题 形态上分的噪声：串模噪声和共模噪声串模噪声及其抑制,串模噪声：是与被测信号叠加在一起的噪声可由信号源产生，也可由引线感应耦合而来，串联在测量信号回路中一般测量的信号变化慢，而噪声的变化较快，且是一些变化不规则的波形 反馈比较型和线性电压比较法的V-T型转换，用瞬时值进行比较，对串模噪声没有抑制能力积分比较法的V-T型转换，是对被测电压在T时间内的平均值进行转换，对串模噪声具有很强的抑制能力，尤其对周期为T或为T的几分之一的对称噪声，理论上具有无穷大的抑制能力过零噪声：噪声幅度超过被测信号，总的输入电压可能通过零点并改变其原有的极性的噪声 由于过零噪声改变了信号原有极性，故使积分比较型V-F的通道改变，脉冲频率仅与输入电压的绝对值有关，过零部分的结果大于实际的值 积分比较型V-T转换器对过零噪声有较好的抑制能力，因它在采样时间内将输入信号的平均值转换成时间，极性判断是在采样结束后作出的，与采样时间内输入信号是否过零无关。

串模噪声的抑制,利用V-T型转换抑制串模噪声：使采样周期跟踪市电频率的变化以对付市电频率偏移情况--使采样时间的开始点与市电信号的过零点同步（将一次采样分两次采样，第一次采样开始点与市电的正向过零点同。