數(shù)電實用知識...ppt

1、,靜！,數(shù)字電路實用知識,抗干擾 可靠性 接線 空端子 數(shù)字地 等,數(shù)字集成電路中的噪聲情況,數(shù)字電路中，輸入信號混有的噪聲電壓，只要它的幅度不超過這個電路的閾值電壓，那么在輸出中就不會看到這種噪聲的影響。 噪聲容限：數(shù)字電路中的高電平輸入和低電平輸入兩種情況，都存在著一個容許的限度，只要噪聲電壓不超過這個容限值，就不會對電路形成干擾。 常用數(shù)字集成電路中，HTL電路的抗干擾性能最好，其次是CMOS電路、DTL電路及TTL電路。,各種TTL系列電路的噪聲容限,系列名稱 閾值電壓 高電平噪聲容限 低電平噪聲容限 74系列 1.5V 0.4V 0.4V 74S系列 1.5V 0.7V 0.3V 7

2、4LS系列 1.3V 0.7V 0.3V 閾值電壓:電路剛剛勉強能翻轉(zhuǎn)時的輸入電壓。噪聲容限與溫度有著密切的關(guān)系。 交流噪聲容限：表示電路對于輸入頻率較高的脈沖性噪聲的噪聲容限。頻響越高的電路其交流噪聲容限就越小。 電路的開關(guān)速度高，一般其輸出阻抗低，在輸出線上比較難接收到噪聲。但從綜合考慮來看，要有較好的抗干擾性能，還是應(yīng)盡量選用開關(guān)速度低的電路。 噪聲能量容限：電路受噪聲干擾而發(fā)生誤動作，不僅需要有超過電路閾值的噪聲電壓幅值，而且還要具有使電路能產(chǎn)生干擾效應(yīng)（如誤觸發(fā)、翻轉(zhuǎn)等）的能量。,數(shù)字電路的扇出及空端子,警告： 若電路的指標指出其扇出為N，則表示該電路接有N個同類門電路時其輸出為標準

3、電平。但從抗干擾的角度考慮，要求電路的輸出負載不要超過所規(guī)定的扇出數(shù)，且應(yīng)盡可能地留有充分的余量。 數(shù)字電路中，空著的端子一定要妥善處理，否則噪聲很容易通過分布電容進入這些端子，對電路造成干擾。,空端子的處理,與門空輸入端接高電平：比電源電壓稍低電源（74LS系列可直接接工作電源）。較穩(wěn)定，但要有一個獨立電源，不經(jīng)濟。經(jīng)一電阻接工作電源，或共用一電阻。與使用端并聯(lián)，但增加了前級的負載，即噪聲容限將降低。與不使用的輸出端相連，但要保證該輸出一直為高電平。,觸發(fā)器不用的R和S端的處理：低電平有效時經(jīng)一電阻接工作電源；高電平有效時直接接地。 觸發(fā)器空端子的抗干擾措施：根據(jù)電路實際速度等，在空輸出端接

4、一個對地的小容量電容。在某些較惡劣環(huán)境中最好采用此法，因觸發(fā)器的空輸出端實際上是其中一輸入，其耦合噪聲即為輸入噪聲，易導(dǎo)致觸發(fā)器誤觸發(fā)。已用輸出端導(dǎo)線較長時也要防止噪聲的耦合。,TTL電路振蕩原因及抑制,原因：TTL電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換瞬間二個晶體管會同時導(dǎo)通而有較大的沖擊電流，成為噪聲源：由于反饋的影響，轉(zhuǎn)換瞬間電路成為具很高增益的放大器。則當(dāng)電壓在閾值附近有緩慢變化時，將在輸出處成為幅度變化很大的振蕩。,振蕩是下一級的噪聲，易誤觸發(fā)。對容性負載，應(yīng)將輸入首先經(jīng)斯密特觸發(fā)器整形，改善前后沿。也可用RS觸發(fā)器；或接一DTL電路處理容性負載的輸出。注意：有振蕩時不能用微分電路直接產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。,CMOS

5、電路振蕩原因及抑制,因電路內(nèi)部一般加有緩沖電路，其增益很高，故輸入信號前后沿變化欠陡或電源電壓波動時會振蕩，因CMOS電路的閾值會隨電源電壓波動，故電源濾波是十分重要的。,加電源濾波電路可有效抑制電路閾值波動引起的振蕩。 輸入波形前后沿變化緩慢或波動時，其沿與閾值相交次數(shù)即成為電路實際輸入電平變化次數(shù)的增加數(shù)。 輸入前后沿較長時，可加一級斯密特觸發(fā)器。,信號輸入回路上的抗干擾措施,信號和噪聲在幅值上有較大差別時，可用電平鑒別的辦法將噪聲濾除；信號脈寬與噪聲脈寬有較大差別時，可采用波形鑒別的辦法；當(dāng)噪聲幅值較大而脈寬相差不大時，可先將信號幅值提高，在經(jīng)過噪聲環(huán)境后再經(jīng)用分壓輸入電路。 由于繼電器

6、的輸入電壓有很大一段不靈敏區(qū)，可用于信號和噪聲的鑒別。但受工作頻率的限制，且可靠性差，成本高。,抗干擾實用舉例,利用繼電器抗干擾：,一波形鑒別法：RC的值大于噪聲脈寬，小于信號的脈寬：,去除開關(guān)波形上抖動的措施：,注：1。在電路的輸入或輸入處加接地電容，往往可有效地濾去噪聲。電容數(shù)值應(yīng)根據(jù)不同類型的電路、不同的工作速度和傳輸時間和電路間的邏輯關(guān)系等因素決定。2。這些措施應(yīng)盡可能地加在靠近輸入（出）端的一側(cè)。,過渡干擾及后果,在信號傳輸?shù)膭討B(tài)過程中會因電路傳輸時間變化等原因，出現(xiàn)不合邏輯的尖峰脈沖，對電路產(chǎn)生各種干擾。這種因電路傳輸參數(shù)等原因引起的干擾常稱過渡干擾（競爭冒險是其中一種）。,過渡干

7、擾較常見，雖然與外界電磁環(huán)境基本無關(guān)，但卻與電路的設(shè)計、器件的選擇、裝配的水平、環(huán)境溫度的變化等因素有關(guān)。,傳輸延遲引起的過渡干擾及抑制,1。同一信號經(jīng)不同路徑傳輸時會因傳輸時間不一（不般為元器件參數(shù)離散性引起）而產(chǎn)生過渡干擾：如雖經(jīng)相同形式的路徑，但因傳輸特性差異產(chǎn)生干擾；相同信號所經(jīng)路徑形式不同，產(chǎn)生干擾。 2。另外：兩個器件的關(guān)門電平不一致導(dǎo)致過渡干擾的產(chǎn)生。如圖，為擴展輸入端，由于電阻和輸入電容等影響，與正規(guī)的輸入會有不同的傳輸延遲時間，故應(yīng)盡量避免。,防止產(chǎn)生這種干擾，或產(chǎn)生后及時抑制。,在設(shè)計電路時對傳輸時間差別大的器件不要混合使用；改變設(shè)計如增加冗余項等；在輸出端對地接旁路電容，

8、容量一般為100-500pF（或更大一些，但不能太大）；對CMOS電路，其反相器或緩沖器的輸入門電容在5-10pF，可有效地自行吸收過渡干擾。,信號輸入時間先后引起的過渡干擾及抑制,同一級電路幾個輸入信號輸入時間不同會引起過渡干擾，大多出現(xiàn)在與或非電路及譯碼電路中。也會因計數(shù)器翻轉(zhuǎn)時間不一致造成過渡干擾，對控制系統(tǒng)引起嚴重后果。 抑制措施：增設(shè)選通脈沖及改進計數(shù)器；同步計數(shù)器由于在輸入計數(shù)脈沖時，可使所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)，譯碼器的輸入就可同時到達，從而避免過渡干擾。但同步型邏輯電路中，也必須注意不同級時鐘脈沖到達的時間先后問題。,同步時鐘脈沖在傳輸過程中受靜電或電磁感應(yīng)的干擾要引起電路的誤

9、動作；同一個同步信號往往使眾多的電路在同一瞬間動作，特別是微機電路中的地址線和數(shù)據(jù)線控制，帶來電源大幅度的波動或共模電位的波動，瞬間流過的工作電流足以使較長的印制線產(chǎn)生較大的噪聲電壓，故應(yīng)采取相應(yīng)的措施和對策。,CMOS器件的閂鎖現(xiàn)象及其它,CMOS IC：功耗低、集成度高、輸入阻抗高、工作范圍寬、噪聲容限較高，耐靜電能力差，還會產(chǎn)生閂鎖（latch up)現(xiàn)象：器件內(nèi)部存在寄生晶閘管，一旦被觸發(fā)動作，CMOS漏極和源極被短路，電流急增，使器件燒毀，或把電源電壓抑制在某一個不正常值，使電路停止工作。 寄生晶閘管被觸發(fā)：門輸入端由于某種原因得到一低于源端的電位時，會把寄生晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。,由于C

10、MOS內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在輸出端也可產(chǎn)生相同的閂鎖現(xiàn)象（輸出電位高于漏端電位或低于源端電位時）。當(dāng)驅(qū)動側(cè)和接收側(cè)使用不同電源時，電源電壓上升率不致造成前一級輸出高于后一級電源時也會產(chǎn)生閂鎖現(xiàn)象，故應(yīng)將將兩電源的上升率調(diào)整一致。 電路工作時保證：,或在輸入輸出端加接二極管來保證上式。,單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)電路的干擾,是數(shù)字電路的基本電路。單穩(wěn)態(tài)電路常用于信號的延遲和脈寬的調(diào)節(jié)，而雙穩(wěn)態(tài)電路作為基本的觸發(fā)器更廣泛地運用在記憶、計數(shù)等邏輯功能上。它們的工作正常與否，往往涉及到整個邏輯電路的成功與失敗。,單穩(wěn)態(tài)電路和雙穩(wěn)態(tài)電路常表現(xiàn)出對噪聲十分敏感，無論是對信號線上的噪聲還是對電源線、地線上的噪聲，其抗干擾性能都較

11、差，所以應(yīng)十分重視對這二種基本電路設(shè)計和制作時的抗干擾措施。觸發(fā)器的觸發(fā)靈敏度越低其抗干擾性能越好，但由于觸發(fā)脈沖往往是上一級的輸出，其輸出幅度不足時就有觸發(fā)不可靠的危險。實際上是觸發(fā)靈敏度太高而降低了抗干擾性能。,單穩(wěn)態(tài)電路的抗干擾,單穩(wěn)態(tài)電路的誤觸發(fā)及相應(yīng)對策：暫態(tài)時間依賴于一電容的放電，此時觸發(fā)端的噪聲很容易引起電路的不正常翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電路提前翻轉(zhuǎn)。可使電容容量大些，并適當(dāng)減小電阻阻值，保持時間常數(shù)不變。電源線上的負向噪聲脈沖，通過電容直接耦合到放大管，造成誤觸發(fā)。可在觸發(fā)輸入端加入相應(yīng)的二極管以阻止負脈沖的進入或消除其作用。,提高單穩(wěn)態(tài)電路抗干擾性能的典型方法：修改觸發(fā)輸入信號的參考電平

12、（高于噪聲電平）；時間常數(shù)較大的單穩(wěn)電路對電源線的噪聲十分敏感，此時可采用電流源（動態(tài)電阻很高）將電源線噪聲與單穩(wěn)的定時電路隔開；修改單穩(wěn)電路觸發(fā)輸入管的射極參考電平。,雙穩(wěn)態(tài)電路的抗干擾,要正確處理好雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的觸發(fā)靈敏度與抗干擾性的矛盾及觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)速度與抗干擾性的矛盾。 降低觸發(fā)靈敏度：減小輸入電容或在觸發(fā)二極管處再串聯(lián)一、二個二極管等。但當(dāng)前級觸發(fā)器的輸出負載太多太重，以致輸出波形下降沿變鈍，而此時又需下降沿觸發(fā)時，不得不提高下級的觸發(fā)靈敏度來彌補，這就降低了電路的抗干擾能力。,在開關(guān)速度要求不高的電路中，應(yīng)考慮不接加速電容，因加速電容起了加速翻轉(zhuǎn)的作用，容易誤觸發(fā)，且往往將電源中的

13、噪聲直接耦合給晶體管的基極，也導(dǎo)致觸發(fā)器的誤觸發(fā)。電源供給部分加RC濾去電源中的噪聲，防止進入觸發(fā)電路。 輸出線不能太長?？刹捎眉泳彌_電路后再輸出。在不用的輸出端可接一個1000pF以下的電容，對防止誤觸發(fā)有一定的作用。,D型觸發(fā)器使用注意,時鐘輸入端子如是用脈沖前沿觸發(fā)（輸入進入與門等情形）的器件，則用負脈沖比用正脈沖觸發(fā)其抗干擾能力要強得多。輸入端平時則保持高電平；不用的輸入端要根據(jù)情況接電源或接地；要注意內(nèi)部反饋的電路情況，如是輸出直接反饋，則更要注意，嚴禁在輸出端接長線（防止干擾進入），一定要通過緩沖器；當(dāng)觸發(fā)器輸出經(jīng)印制線到另一印制線路板時一定要通過緩沖器進行驅(qū)動；不用的輸出端可對地

14、接一小電容。,單穩(wěn)及雙穩(wěn)電路抗干擾注意事項,電路的地線阻抗盡量小，防止大的公共阻抗耦合進入較高的噪聲。單穩(wěn)電路的接地用盡可能距離相近的地線。,在布線上除注意觸發(fā)信號的線路外，還要注意外接定時電容和電阻的引線布線。定時電阻和電容接點部分的引線要盡可能地短；電容二引線連到電路上所形成的環(huán)路面積要小，以防止耦合電磁場的噪聲。當(dāng)可變電阻作為定時電阻使用時，應(yīng)將可變電阻接在電源一側(cè)，而將串接的限流電阻接在另一側(cè)，這樣，抗干擾性能較好。,電壓A/D測量技術(shù)中的抗干擾措施,電壓-數(shù)字化測量具有速度快、精度高、讀數(shù)正確，可接輸出打印記錄或加以處理等優(yōu)點。 電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換是數(shù)字電壓的關(guān)鍵技術(shù)，噪聲是關(guān)系到測量精

15、度的一個主要因素。 電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換的兩種方法：直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換。 間接轉(zhuǎn)換：將電壓轉(zhuǎn)換成某一中間量，再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。用得較多的是電壓-時間（V-T）型和電壓-頻率（V-F）型。 利用電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換進行計算或自動控制，都會遇到被測信號小而噪聲卻很強的問題。 形態(tài)上分的噪聲：串模噪聲和共模噪聲。,串模噪聲及其抑制,串模噪聲：是與被測信號疊加在一起的噪聲?？捎尚盘栐串a(chǎn)生，也可由引線感應(yīng)耦合而來，串聯(lián)在測量信號回路中。一般測量的信號變化慢，而噪聲的變化較快，且是一些變化不規(guī)則的波形。 反饋比較型和線性電壓比較法的V-T型轉(zhuǎn)換，用瞬時值進行比較，對串模噪聲沒有抑制能力。積分比較法的V-T型轉(zhuǎn)換

16、，是對被測電壓在T時間內(nèi)的平均值進行轉(zhuǎn)換，對串模噪聲具有很強的抑制能力，尤其對周期為T或為T的幾分之一的對稱噪聲，理論上具有無窮大的抑制能力。,過零噪聲：噪聲幅度超過被測信號，總的輸入電壓可能通過零點并改變其原有的極性的噪聲。 由于過零噪聲改變了信號原有極性，故使積分比較型V-F的通道改變，脈沖頻率僅與輸入電壓的絕對值有關(guān)，過零部分的結(jié)果大于實際的值。 積分比較型V-T轉(zhuǎn)換器對過零噪聲有較好的抑制能力，因它在采樣時間內(nèi)將輸入信號的平均值轉(zhuǎn)換成時間，極性判斷是在采樣結(jié)束后作出的，與采樣時間內(nèi)輸入信號是否過零無關(guān)。,串模噪聲的抑制,利用V-T型轉(zhuǎn)換抑制串模噪聲：使采樣周期跟蹤市電頻率的變化以對付市電頻率偏移情況-使采樣時間