電路設(shè)計考慮的因素及抗干擾問題

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摘要:數(shù)字電路系統(tǒng)是用來對數(shù)字信號進行采集、加工、傳送、運算和處理的裝置。一個完整的數(shù)字電路系統(tǒng)往往包括輸入電路、輸出電路、控制電路、時基電路和若干子系統(tǒng)5個部分。首先介紹數(shù)字電路設(shè)計中應(yīng)考慮的若干因素，然后對數(shù)字電路設(shè)計中抗干擾設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞:數(shù)字電路;設(shè)計;抗干擾

0引言

數(shù)字系統(tǒng)是指由一些數(shù)字電路(子系統(tǒng))組成的，完成某種信息處理任務(wù)的電路總稱。任何復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)都可以逐步劃分成不同層次、相對獨立的子系統(tǒng)。通過對子系統(tǒng)的邏輯關(guān)系、時序等分析，最后可以選用合適的數(shù)字電路器件來實現(xiàn)，將各子系統(tǒng)組合起來，便完成了整個大系統(tǒng)的設(shè)計。

1數(shù)字電路設(shè)計中需考慮的因素

數(shù)字電路設(shè)計要考慮的因素非常多，如果不注意，會導致設(shè)計者所設(shè)計的系統(tǒng)無法達到規(guī)格要求，一些需注意事項如下。

1．1傳輸延遲與輸出延遲時間

輸入信號通過組合邏輯電路而產(chǎn)生出來的輸出信號，不可能同步產(chǎn)生，因為在通過組合邏輯電路一定會花費時間，稱為傳輸延遲時間。在做時序模擬時，一定都會有傳輸延遲的現(xiàn)象發(fā)生。輸入信號通過時序電路中時需要注意的是，當觸發(fā)信號觸發(fā)時，輸出信號會經(jīng)過一段時間才會生效，這段時間稱為輸出延遲時間。

1．2脈沖寬度和建立時間及保持時間

脈沖寬度就是一個信號脈沖所能維持在一定水平上的寬度，這其中有一個毛刺現(xiàn)象，若你的脈沖寬度小于預(yù)設(shè)的值時，可以予以忽略。信號觸發(fā)時，輸入信號要在觸發(fā)前的一段時間建立數(shù)據(jù)，這段時間稱為建立時間，而輸入信號也要在觸發(fā)后保持一段時間，這段時間稱為保持時間。建立時間和保持時間在電路設(shè)計中相當重要，如果不能滿足建立時間和保持時間，得出的數(shù)據(jù)可能會有誤，需注意。

1．3工作電壓與工作頻率

由于工藝技術(shù)日新月異，工作電壓也從原來的+5V到現(xiàn)在的+3．3V或+1．V等。由于工作電壓降低，所以功率也會隨之降低。不過要注意的是，通常集成電路的工作電壓可以容許到正負10%。在規(guī)格中，要將整個系統(tǒng)的工作頻率大約能到多少先做個預(yù)估，在布線布局過后，會產(chǎn)生出實際的物理模型，也就是會考慮時序的問題。在系統(tǒng)中會有很多延遲發(fā)生，有傳輸延遲、門延遲、線延遲等，這些遲都會直接影響到工作頻率。換句話說延遲越多，工作頻率越慢。如果要改善這個問題，需重新思考整個電路的結(jié)構(gòu)，該如何設(shè)計才會減少延遲的現(xiàn)象，要是看用流水處理的電路結(jié)構(gòu)還是先進先出的電路結(jié)構(gòu)。反復(fù)進行時序模擬和驗證，以保證能夠達到規(guī)格的要求。

1．4功率損耗的問題

如何降低功率損耗是目前很熱門問題，為什么要降低功率損耗呢?目的就是為了要省電。由于在不同工作電壓功率消耗的情形不同，所以工作電壓為+1．8V時功率損耗比工作電壓+3．3V還低。但是這有個缺點，工作電壓越低，時間延遲越長，所以這要做個權(quán)衡，是否要犧牲工作頻率來換取功率，全看規(guī)格所需。當設(shè)計出省電的IC應(yīng)用在手機或是數(shù)字個人助理(PDA)時，消費者使用時間就會相對增長，設(shè)計出的產(chǎn)品就會比較有競爭力。

1．5扇入和扇出

每個組件都有一定的扇入和扇出能力，若一個緩沖器后面接了二個緩沖器，表示它的扇出能力為2。若電路設(shè)計超過電路所能承受的扇出和扇入能力，電路可能會正常工作，但是也有可能不會正常運作，也就是說會有不穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生。所以在設(shè)計電路時需考慮扇入和扇出能力。

2數(shù)字電路設(shè)計中的抗干擾

應(yīng)用中，外界不可避免存在著各種各樣的干擾源，如宇宙射線、雷電、太陽磁爆等產(chǎn)生強烈電磁波，還有電網(wǎng)波動等都會對電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。除此之外，電路板上數(shù)字脈沖信號的變化和各種開關(guān)器件的狀態(tài)變化，也會對電路產(chǎn)生干擾。當干擾嚴重時會使系統(tǒng)不能正常工作，因此電子系統(tǒng)必須采取措施預(yù)防電磁干擾。下面就一般的抗干擾措施作一些簡單介紹。

2．1電源濾波

數(shù)字電路的直流供電一般都采用把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的方式供電。當電網(wǎng)發(fā)生線路負荷切換、大功率用電設(shè)備的接入與切除時，會產(chǎn)生很強的高頻干擾信號，這些干擾信號會隨電源線經(jīng)直流變換電路進入數(shù)字系統(tǒng)，帶來嚴重干擾。對此可采用電源線路濾波器加以抑制。電源線路濾波器接在電源變壓器的交流進線側(cè)，常見的濾波器電路有雙LC形和雙LCπ形。

2．2數(shù)字電路的接地

數(shù)字信號為高速脈沖信號，其頻譜范圍很寬，高頻分量可達數(shù)十兆赫，因此數(shù)字信號接地應(yīng)采用高頻電路的多點接地方式，即用最短的導線把各電路的接地點連接到離它最近的地線上。如果系統(tǒng)中同時有模擬電路存在。則模擬信號地線要和數(shù)字信號地線分開，各自成獨立的接地線，然后再用短而粗的導線把它們連接到一起構(gòu)成系統(tǒng)地線。

2．3數(shù)字電路與現(xiàn)場控制的光電隔離

數(shù)字電路一般輸出開關(guān)信號到現(xiàn)場的受控操作元件，為避免現(xiàn)場的強電磁信號對數(shù)字電路的干擾，多采用光電耦合器進行隔離。由于光電耦合器是用光作為耦合介質(zhì)的，不能傳導電磁信號，因而隔離了現(xiàn)場電磁干擾。此外，當電子設(shè)備工作在惡劣的電磁場干擾環(huán)境時，要考慮采取屏蔽措施來消除干擾。屏蔽方式有電場屏蔽和磁場屏蔽。電場屏蔽的一般方法是用良好的導電材料做一個屏蔽罩，把需要屏蔽的電路或設(shè)備罩起來，消除電場干擾，屏蔽罩要有良好的接地。磁場屏蔽則是用良好的導磁材料做屏蔽罩，把需要磁場屏蔽的電路和設(shè)備罩起來，消除外界磁場干擾，磁場屏蔽外罩不用接地。

參考文獻:

［1］茶國智．數(shù)字電路設(shè)計中部分常見問題解析［J］．電子設(shè)計工程．2012，20(13):114－116．

作者:王會云 單位:云南省會澤縣廣播電影電視管理服務(wù)站