数字电路中的模拟电路技术

zcgzanne

数字电路中的模拟电路技术 [复制链接]

由于数字电路是利用上升沿/下降沿很短的脉冲信号，所以会向外部放出包括高频成分的多余电
磁波（噪声），而且对外部来的电磁波（噪声）敏感地响应，造成误动作。另外在电路内部也存
在线间产生交调失真、数字器件的通/断时电流急骤变化引起电源电压变动等问题。这样就需要
在数字电路中考虑布线的电感和寄生电容构成的分布常数电路、防止上冲、下冲造成波形的混乱
及信号反射、延迟、衰减、线间电磁干扰的交调失真。而解决这问题的滤波器、屏蔽等都是模拟
技术。  
由于数字电路技术在汽车、火车、收音机控制中的应用，高可靠性地实现了以前用模拟技术无法
实现的高功能。但是由于噪声会引起系统及电路误动作，尤其对机器为系统是致命的问题。而模
拟电路即使有噪声，也只是暂时降低数据的精度，一旦噪声消失，就具有自我恢复功能的特征。
因此将实现高功能的数字电路和具有自我恢复/自我确认能力的模拟电路组合应用，对防止移动
控制系统、数字电路噪声引起的误动作将会是一种安全的方案。


电路设计时要特别注意的地方  
在电路设计后，为了进行工作验证，需要组装电路进行实验。但是结果会经常出现不按设计那样
工作。例如设计的放大器却变成了振荡器，在模拟电路中由于混入数字电路来的噪声，使模拟信
号的波形失真、工作不稳定、不能顺利得到数据。  
对低频电路来说，无论谁组装，只要布线不接错，各种不同的安装、布线、电路特性几乎没有差
异，可得到相同的数据。但是高频却不同了，由于安装方法不同，一般会得到不同特性的数据。   
在高频电路及高速数字电路中，如果有一条线就会形成电感成分（寄生），如果有两条线则在线
间就会形成寄生电容成分及互感成分（寄生），即所谓三寄生。所形成的三寄生数值是很微小的，
因此在低频时几乎不成问题，但是在高频领域却不能忽略该C、L 成分的影响（见图 la、b）。  
最近为了提高机器的性能，经常将从低频到高频的模拟电路、高速数字电路、微型模拟电路及大
电流电路等各种电路混在一起，这样会造成电路的不稳定及频率特性恶化。其中主要原因就是在
设计时未充分考虑上述三寄生，而无法维持可靠性和安全性。  
另外，电路图中只用二维表现半导体器件及 R、C、L 的集中参数，但这并不能代表实际电路的性
能和功能。实际的动作是三维空间，包括频率就是四维空间了。因此，由交调失真、反射、静电、
电磁结合形成的微电流电路在高频电路中会对特性、功能造成影响。最近的IC 想根据时代的要
求，很多是高速动作的器件，对高频噪声的响应很敏感。因此在使用器件时要根据电路功能选择
相应的元器件，尽量避免使用高于要求的高速IC。


在电路图中通常将电源、 地线、 信号线的阻抗均按零欧姆考虑的。但是实际上是不存在零欧姆的，
而且频率越高，电感和寄生电容的影响越大。结果，电路相互结合及外部电磁场的影响大到不能
忽略的程度，造成电路不稳定及频率特性恶化。在模拟电路中应解决误差、噪声及时间延迟问题；
而数字电路中解决抗噪声，通过同步使之不受时间延迟的影响，对改善电路特性是非常重要的。

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能引起电气设备误动作的噪声源很多，例如我们周围的日光灯、除尘器、无线电收发信机、变压器、变换器等。这些都是属于电磁场噪声源。除此之外，引起误动作的噪声源是静电放。

由于静电放电电流和瞬间产生的高电压会使 IC破坏，从而使系统或设备造成误动作和故障。为
了防止静电放电，从元器件的购买到设备的设计、生产和包装都要采取必要的措施。在设计方面可以采取以下措施：  
（1）避免使用超出要求的高速IC、特别是注意输入电路。在可能的情况下输入电路采用差分方
式。滤波电路要紧靠IC 连接。  
（2）对半导体进行输入保护。在连接器的输入部分为了使噪声控制在半导体耐压值以下而加入
限幅电路。由于 CMOS 栅极抗静电噪声性能弱，所以不易用于连接器的输入部分。  
（3）避免使用边沿解发型 IC，而使用选通方式或带门闩的电路。  
（4）为了抑制误动作的发生率，在控制端、输出端应做成低有效逻辑。  
（5）对高灵敏度的信号输入要进行滤波。将频带外的高频滤除，这对运算放大器不输入过大的
信号是很重要的。还要注意所用电容器的引线电感。  
（6）在软件方面也要采取了一些措施。由于静电放电是一次性过渡脉冲，所以可通过多次校验
检出错误数据。在微机中为了防止意外停止而设置看门狗电路（监视电路）。  
（7）电子电路及布线要远离放静电的金属机箱。  
（8）机箱的金属和金属连接部分要除去涂料紧密相接，尽可能加螺钉固定。  
为了减少由放电电流产生的电磁场影响，在印制电路板上应该采取如下措施：  
（1）减少环面积。  
在所形成的环中由于磁通交联，会在该环中感应电流，环的面积越大磁通交联的越多，感应的电流也就越大。因此为了使电源、地线所形成的环面积最小，应使电源和地线尽量接近布线。在电源、地线之间安装高频旁路电容，使环面积减少为了减小信号线和地线之间形成
的环面积，将信号接近地线进行布线。  
（2）使布线最短。要考虑信号线长度的分配，设计时将低有效信号线加长，而将高有效信号线
做成最短。各器件相互间的布线做成最短，并将连接在输入输出线上的器件安装
在端子的附近。  
（3）使用多层线路板，这是在模拟电路及高速数字电路中觉见的。  
在高速数字电路中，脉冲信号的频谱具有非常宽范围的高次谐波成分。使用的工作频率越高，受寄生电容、电感的影响越大。假设具有电感L 的图形上流过高频电流 I，则电感L 产生的压降为：V=L·di/dt  该图形就像一个天线，将辐射噪声发送出去。将地线做成面可减少地线的阻抗，降低放电电流产生的电压降。  


对接口电缆应采取防静电措施：  
电缆的屏蔽线两端连接在机壳上。在可能产生地线环的地方为使高频短路而加旁路电容。在无机壳地时也不应该与逻辑地连接。对于扁平电缆可在信号线和信号线之间加入地线。

jxb01033016

:(

wangjiafu1985

原帖由 jxb01033016 于 2010-1-28 21:28 发表
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楼上为什么弄这么一个表情啊？即使楼主编辑得看着不太顺也不必这样默默的流眼泪吧。。。。。