数电研讨(抗干扰、驱动、噪声和匹配问题).doc

1抗干扰、驱动、噪声和匹配问题抗干扰、驱动、噪声和匹配问题 对数字系统的影响对数字系统的影响2目录目录1. 抗干扰对数字系统的影响......................................................................................3 1.1 干扰的产生要素..............................................................................................3 1.2 干扰的分类......................................................................................................3 1.3 抗干扰方式......................................................................................................3 2.驱动对数字系统的影响............................................................................................5 2.1 驱动能力的定义..............................................................................................5 2.2 驱动能力的提高..............................................................................................5 3.噪声对数字系统的影响............................................................................................6 3.1 量化噪声..........................................................................................................6 3.2 加性噪声..........................................................................................................7 4. 匹配对数字系统的影响..........................................................................................9 4.1 散射参量..........................................................................................................9 4.2 史密斯圆图（SmithChart）..........................................................................104.3 RFSim99 仿真..............................................................................................104.4 结论................................................................................................................14 5. 总结........................................................................................................................14 【参考文献】..............................................................................................................14抗干扰、驱动、噪声和匹配问题对数字系统的影响抗干扰、驱动、噪声和匹配问题对数字系统的影响3伍源培 刘少强摘要摘要：抗干扰、驱动、噪声和匹配是衡量一个数字系统优劣的重要外部特性。

本文从干扰的产生、分类以及抗干扰方式三个方面对抗干扰的影响进行了全面 而详细的研究，简述了驱动能力的定义以及如何提高驱动能力，从公式推导及 实验验证的角度分析了不同噪声的影响，并对数字系统中的终端匹配做了简单 仿真关键词关键词：干扰 驱动 噪声 匹配 数字系统前言前言：随着数字技术的发展，以及超大规模集成电路的使用，高速数字电路系 统的应用变得越来越广泛如何使数字电路系统对信息的传输变得稳定就变得 十分的重要了，而电磁干扰、噪声等对数字系统的影响值得我们去进一步研究 除此之外，在设计数字系统时，我们还需要考虑电路的驱动能力，阻抗匹配等 问题，这两个方面对系统的完善也十分重要1.1.抗干扰对数字系统的影响抗干扰对数字系统的影响干扰是干扰源通过各种传播途径对有用信号某种不期望的扰动，这种情况 会或多或少的出现在每一个数字系统中，从而使数字系统性能下降对于小信 号干扰而言，由于逻辑电平有一定的噪声极限，所以数字系统的抗干扰能力要 比模拟系统强得多当干扰信号大到一定程度时，数字系统会出现误触发，从 而产生逻辑错误，其后果比干扰对模拟系统所引起的信号畸变现象要严重得多 因此，抗干扰对数字系统的影响值得我们去进行研究。

1.11.1 干扰的产生要素干扰的产生要素经大量的理论及实验研究表明形成电磁干扰必须同时具备三个要素，即： ①源：产生电磁能量的元件、设备、系统或自然现象；②耦合途径：电磁能量 从源耦合到敏感设备所经过的媒介电磁骚扰的传输途径有两条，通过空间辐 射和通过导线传导，即辐射发射和传导发射；③敏感设备：由于接收了外界的 电磁骚扰能量，而产生性能降级或不正常动作的设备[1]1.21.2 干扰的分类干扰的分类数字系统的干扰现象十分复杂，而且类型繁多，可有多种分类方式按照 干扰源的特点、干扰信号的传播途径及相互电磁作用的不同，干扰可分为三种 主要形式：1.器件固有物理噪声源产生的干扰；2.公共路线阻抗传导的干扰；3.电 磁场辐射的干扰另外，还有按干扰产生的原因、干扰模式和噪声的波形性质 的不同划分，在这里就不做过多的赘述1.31.3 抗干扰方式抗干扰方式①抑制源的发射抑制源的发射就是尽可能的减小干扰源的噪声这是抗干扰设计中最优先 考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果减小干扰源的噪声主要是 通过在干扰源两端并联电容来实现减小干扰源则是在干扰源回路串联电感或4电阻以及增加续流二极管来实现抑制干扰源的常用措施如下： 1) 电路板上每个 IC 要并接一个 0.01μF～0.1μF 高频电容，以减小 IC 对电源 的影响。

注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增 大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果； 2) 布线时避免 90 度折线，减少高频噪声发射按干扰的传播路径可分为传导 干扰和辐射干扰两类所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰高 频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断 高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决电源噪声的危害最大，要 特别注意处理所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰一般 的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件 上加蔽罩 ②切断干扰传播路径 1) 充分考虑电源对数字系统的影响电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了 一大半许多数字电路对电源噪声很敏感,要给其电源加滤波电路或稳压器，以 减小电源噪声对数字电路的干扰比如，可以利用磁珠和电容组成 π 形滤波电 路，当然条件要求不高时也可用 100Ω 电阻代替磁珠图 1.3.1 π 形滤波电路示意图 2) 电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号尽可能把干扰源（如电 机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离 3) 用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电 源地。

A/D、D/A 芯片布线也以此为原则，厂家分配 A/D、D/A 芯片引脚排列时 已考虑此要求 4) 单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰大功率器件尽可 能放在电路板边缘 ③提高敏感器件的抗干扰性能 1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声 2) 布线时，电源线和地线要尽量粗除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声3) 对于单片机闲置的 I/O 口，不要悬空，要接地或接电源其它 IC 的闲置端 在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源 4) 对单片机使用电源监控及看门狗电路，如： IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045 等，可大幅度提高整个电路的抗干 扰性能 5) 在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路 6) IC 器件尽量直接焊在电路板上，少用 IC 座52.2.驱动对数字系统的影响驱动对数字系统的影响驱动电路，其实质是一个功率放大电路，功率放大让负载达到额定功率从 而使负载可以正常工作，从而可以响应微弱的输入信号对于不同的负载需要 不同的驱动电路，但实质是一样的，比如 LED 驱动电路，电机驱动电路，继电 器驱动电路，扬声器驱动电路等。

下面主要从驱动能力的定义，如何提高驱动 能力两个方面进行研究2.12.1 驱动能力的定义驱动能力的定义所谓驱动能力也就是带负载能力，在数字电子技术领域我们用扇出系数 来衡量门电路带负载能力的大小以同类门电路做负载时，No 表示可驱动ON 同类门的个数而扇出系数又可以分两种情况，一种是灌电流负载，另一种则 是拉电流负载[2]图 2.1.1 灌电流负载和拉电流负载示意图 当驱动门输出低电平，负载电流从外电路流入驱动门电路时，称为灌电流负载， 的计算如下：OLNILOLOLIIN/max 其中，为驱动门的最大允许灌电流，是一个负载门灌入本级的电流当maxOLIILI 负载门的个数增加时，总灌电流将增加，同时引起输出低电平的增加限OLN 制了接入负载门的个数，越大，说明门的灌电流负载能力越强OLN 当驱动门输出高电平时，负载电流从驱动门拉出，流向负载门，称为拉电流负 载，的计算如下：OHNIHOHOHIIN/max 其中，为驱动门的最大允许拉电流，是负载门高电平输入电流maxOHIIHI 通常与不相等，取较小的作为门电路的扇出系数OLNOHNON2.22.2 驱动能力的提高驱动能力的提高对于驱动能力不足的电路，可以在需要较大驱动电流的地方使用驱动电路。

一般来讲，TTL 门电路的扇出系数一般为 8 到 10，对于其他 TTL 门电路，OC 门 电路和 ECL 门电路驱动能力更强对于 CMOS 门电路来说，其扇出系数一般为 20 到 25. 所以，当原电路中使用的是 TTL 门电路进行驱动的，可以改用驱动能6力更强的 CMOS 门电路 3.3.噪声对数字系统的影响噪声对数字系统的影响一个数字系统不可避免地存在多种噪声，如电子装置有电磁干扰，A/D 转 换过程中有量化噪声，传输过程中有码间串扰和加性噪声等，下面就所学过的 量化噪声和加性噪声对数字系统中的噪声做简单分析3.13.1 量化噪声量化噪声（1。