(数字电路的噪声和布局)

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数字电路知识点汇总(东南大学)第1章数字逻辑概论一、进位计数制1。

十进制与二进制数的转换2.二进制数与十进制数的转换3。

二进制数与16进制数的转换二、基本逻辑门电路第2章逻辑代数表示逻辑函数的方法，归纳起来有：真值表，函数表达式，卡诺图,逻辑图及波形图等几种。

一、逻辑代数的基本公式和常用公式1）常量与变量的关系Ａ+0＝Ａ与Ａ=⋅1ＡＡ+1＝1与0⋅A0=A⋅＝0AA+＝1与A2）与普通代数相运算规律a.交换律：Ａ+Ｂ＝Ｂ+ＡA⋅⋅=ABBb。

结合律：（Ａ+Ｂ）+Ｃ＝Ａ+（Ｂ+Ｃ)A⋅BC⋅⋅=⋅)A()B(Cc。

分配律：)⋅＝+A⋅(CBA⋅A C⋅BA+++）B⋅=A)())(CABC3)逻辑函数的特殊规律a。

同一律:Ａ+Ａ+Ａb.摩根定律：BA+B⋅A=ABA⋅=+，Bb。

关于否定的性质Ａ＝A二、逻辑函数的基本规则代入规则在任何一个逻辑等式中，如果将等式两边同时出现某一变量Ａ的地方，都用一个函数Ｌ表示，则等式仍然成立，这个规则称为代入规则例如：C⋅⊕⋅A⊕+ACBB可令Ｌ＝CB⊕则上式变成L⋅＝C+AA⋅L=⊕⊕A⊕BAL三、逻辑函数的:——公式化简法公式化简法就是利用逻辑函数的基本公式和常用公式化简逻辑函数，通常，我们将逻辑函数化简为最简的与-或表达式1）合并项法:利用Ａ+1=⋅=A=⋅，将二项合并为一项，合并时可消去一个变BA或ABA+A量例如：Ｌ＝B A+BA=(C+)=ACABCCB2）吸收法利用公式A⋅+，消去多余的积项，根据代入规则BA⋅可以是任何一A=BA个复杂的逻辑式例如化简函数Ｌ＝E B+AB+DA解：先用摩根定理展开:AB＝BA+再用吸收法Ｌ＝E BDAB++A＝E B+A++BDA＝)A+A+D+(E()BB＝)AA+++DB1(B)1(E＝BA+3）消去法利用BA++消去多余的因子=ABA例如，化简函数Ｌ＝ABCBA++A+BEAB解：Ｌ＝ABCA+++ABEABB＝)BAA++B+)((ABCBAE＝)BBA+++AE)((BCB＝)BCBA++B+++A)(()((C)BBB=)BA++C+A()(CB=ACA++B+ABCA=C+A+BBA4）配项法利用公式C⋅+=++⋅⋅将某一项乘以（AA⋅BAABCACBA+），即乘以1，然后将其折成几项，再与其它项合并。

数字电路谐波分析—噪声第三章一、谐波噪声本质1.数字信号是由谐波组成的具有恒定循环周期的所有波形都可以分解为包括循环频率和谐波的基波，其中谐波的频率为循环频率的整数倍。

基波的倍数称为谐波次数。

在准确重复波的情况下，不会有其它频率成分。

数字信号有很多循环波形。

因此，在测量频率分布（称为“频谱”）时，可以准确分解为谐波，显示出离散分布的频谱。

2.测量时钟脉冲信号的谐波像针一样向上突起的部分为谐波，其出现的间隔正好为33MHz。

可以发现奇次谐波和偶次谐波的趋势不一样。

最下面部分约为40dB或更低，指示频谱分析仪的背景噪声。

3.如何从噪声频率中找出噪声源谐波性质有助于根据噪声频率找出噪声源。

通过测量噪声频谱间隔，可以类比推导出造成噪声的信号循环频率。

如上面测的噪声，出现强烈噪声的频率的间隔似乎是33MHz。

因此，可以认为噪声是与33MHz时钟同步运行的电路造成的。

4.只包括整数倍频率循环波形并不包括低于基频的任何频率成分。

例如，100MHz信号绝不会产生20MHz、50MHz或90MHz的噪声。

如果出现此种频率，则噪声是由分频信号而不是源信号所导致的。

数字电路通常与时钟脉冲信号同步运行，而且很多数字电路的运行频率为时钟脉冲信号的1/N（称为“分频”）。

在这种情况下，谐波是分频信号频率的整数倍。

如果两个或更多电路以经过分频的相同时钟脉冲信号运行，时钟脉冲信号的谐波会与分频信号的谐波相互重叠，导致难以对其进行区分。

二、谐波的复合波形1.与正弦波叠加接近数字波形随着基波与各个谐波叠加，原基波的正弦波形越来越接近矩形波。

2.高次谐波会波形的影响小从理想的矩形波减去高次谐波时，波形越来越接近正弦波。

但是，变化很小。

3.占空50%的波形具有很强的奇次谐波当形成占空比为50%的波形时，仅叠加奇次谐波。

如果形成的波形不具有50%的占空比，需要叠加偶次谐波。

此处的占空比指的是一个循环中信号电平“高”的比例。

4.通过减去高次谐波降低噪声数字信号谐波中相对较低的频率（低次）成分对保持信号波形很重要，而较高的频率（高次）成分则不太重要。

电子电路中如何解决信号干扰问题在电子电路中，信号干扰是一个常见的问题，它可能会影响电路的稳定性和性能。

为了解决信号干扰问题，我们可以采取以下几种方法：1. 模拟电路设计中的解决方案在模拟电路设计中，存在一些常见的信号干扰类型，如电源噪声、串扰、谐振和地线回流等。

为了解决这些问题，可以采取以下措施：（1）增加滤波器：通过在电路中添加滤波器可以去除电源噪声。

滤波器可以选择低通、高通、带通或带阻滤波器，根据不同的干扰特征选择合适的滤波器。

（2）增加屏蔽：通过在电路元件或电缆周围添加屏蔽层，可以减少串扰和谐振。

屏蔽层可以是金属盒、金属箔、金属网等，选择适当的屏蔽材料和屏蔽结构可以有效隔离信号干扰。

（3）优化地线布局：地线是信号回流的路径，良好的地线布局可以减少地线回流引起的干扰。

在设计时，需要注意地线走线的路径，避免共地等干扰现象。

2. 数字电路设计中的解决方案在数字电路设计中，信号干扰主要包括信号间的串扰、时钟抖动和噪声等。

为了解决这些问题，可以采取以下措施：（1）提高信号完整性：通过增加信号的驱动能力和阻抗匹配可以减少信号间的串扰。

使用电流模式驱动器或差分信号线可以提高信号完整性。

（2）优化时钟设计：时钟信号是数字电路中的关键信号，时钟抖动可能会引起系统性能下降。

通过优化时钟信号的布局和使用抖动较小的时钟源，可以减少时钟抖动对系统的影响。

（3）降低噪声干扰：噪声干扰是数字电路中常见的问题，可以通过布局优化和信号过滤来降低噪声。

对于高频噪声干扰，可以使用滤波器来减少噪声对信号的影响。

3. PCB布局和综合技术在电子电路设计中，PCB布局和综合技术也对信号干扰的解决起到重要作用。

以下是一些在布局和综合中可以采取的具体措施：（1）分离不同的信号类型：在PCB布局中，尽量将不同类型的信号分离开来，减少信号间的干扰。

例如，可以将模拟信号和数字信号布局在不同的区域，或者使用不同的层次布线。

（2）地线布局和隔离：良好的地线布局和隔离可以减少地线回流引起的干扰。

PCB设计模拟布局与数字布局技术的要领PCB（Printed Circuit Board）是电子电路所必需的基础部件之一。

它重要的作用在于将电路板上的各种元器件、电子器件、传感器设备连接在一起，实现各种电路功能。

好的PCB设计师需要有一定的电路原理基础知识。

同时，他们必须理解电路设计规范和模拟布局与数字布局技术。

本文旨在探讨PCB设计中的模拟布局与数字布局技术的要领。

一、模拟布局技术模拟电路和数字电路的差异在于，前者的信号是连续变化的模拟信号，而后者的信号是离散数值的数字信号。

因此，模拟布局需要关注信号的连续性以及器件产生的噪声和交叉干扰。

下面介绍一些模拟布局技术的要领：1. 电源和地线的布局每个电路板都必须有一个电源，而电源的地线是所有电路板的共同接地点。

在布局时，电源的线路应该尽可能短，并且要放在每个板的边缘处。

地线应该是尽可能粗的线路，并且应该交错地排列。

这样可以减少电源线对其他线路的干扰。

2. 分类布局模拟电路通常按其使用的频率等级进行分类，每个功能块分别进行布局，以减少信号交叉干扰。

例如，低频放大器与高频振荡器必须分别进行布局，以减少噪声和交叉干扰。

3. 线路布局线路的长度和宽度影响电路板上的信号速度和抗干扰能力。

因此，在布局时应该缩短信号线路的长度并使其尽可能宽。

同时，必须避免信号线路与电源线路和地线共线。

这种布局模式可以有效减少电磁干扰引起的信号串音和其他问题。

4. 组件安排模拟电路中使用的基本电路元件是电阻、电容和电感。

这些元件的放置位置和方向对线路的性能和稳定性有直接影响。

在安排元件时，应优先考虑干扰源和受干扰元件之间的距离，并优先安排相互干扰较小的元件。

二、数字布局技术数字布局是以数字信号为基础，以信号延迟、滤波和误差修正等为目标的布局技术。

它主要解决的问题是抗干扰和提高电路速度。

下面介绍一些数字布局技术的要领：1. 信号线的选择数字信号线具有短脉冲宽度和低电平峰值等特征，而噪声和交叉干扰容易影响数字信号的传输。

集成电路技术发展对电磁兼容的影响摘要：但是，随着高科技技术的进步，近年来，集成电路的机会越来越多，但是由于它们的兼容性，只能更快，更有效地使用它们。

本文的底线是内置兼容性的定义和原则，可导致采取措施和解决方案。

为了减少冲击和耦合效应，必须观察喷射功能的科学性和公正性，从而加强集成电路的功能并扩展其功能。

关键词：集成电路技术发展；电磁兼容；影响引言集成电路（IC）是电子设备EMC问题中的关键要素，它既是干扰源又是被干扰的对象。

尽管半导体器件不受欧洲EMC指令或FCC15等EMC法规约束，但集成电路终端用户将电子设备级的EMC限制延伸到芯片级，迫使集成电路研发人员在芯片设计之初就必须考虑电磁兼容问题。

同时，随着集成电路的快速发展，MOS 器件尺寸的不断缩小，同一电路或封装内异构功能的集成度以及数据交换速率不断提高。

这些技术进步使集成电路可靠性面临巨大挑战，也促进了集成电路电磁兼容技术的快速发展。

1行业面临的机遇1）技术正在逐渐增加。

近年来，中国集成电路（芯片）市场的快速发展，加速了该国芯片的产业发展和技术创新。

2）将集成电路的产能转移到中国大陆。

集成电路（供应链）逐渐从美国，日本，欧洲和台湾转移到中国和东南亚，从而使本地企业更容易开发先进技术并获得管理经验，并使自己的企业快速发展。

供应链搬迁的全球趋势为中国大陆的集成电路产业发展提供了新的机会。

中国大陆新电路的逐步建设通过降低成本，扩大产能和提高地域效率为集成电路产业提供了支持，从而为集成电路的发展做出了贡献。

大陆市场旺盛的需求和投资热潮鼓励了集成电路专业人士的发展，这些专业人士为这些行业的发展做出了贡献，并开始对其进行补充。

3）集成电路产线愈加昂贵加剧头部企业集中趋势。

在摩尔定律的推动下，元器件集成度的大幅提高要求集成电路线宽不断缩小，导致生产技术与制造工序愈加复杂，制造成本呈指数级上升趋势。

当技术节点向5纳米甚至更小的方向升级时，普通光刻机受其波长的限制，其精度已无法满足工艺要求。

PCB布局、布线基本规则（PCB）又被称为印刷电路板(Printed Circuit Board)，它可以实现（电子元器件）间的线路连接和功能实现，也是（电源电路）设计中重要的组成部分。

今天就将以本文来介绍PCB板布局布线的基本规则。

元件布局基本规则按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时（数字电路）和（模拟）电路分开;2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm 内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm(对于M2.5)、4mm(对于M3)内不得贴装（元器件）;卧装电阻、电感(插件)、电解（电容）等元件的下方避免布过孔，以免波峰焊后过孔与元件壳体短路;元器件的外侧距板边的距离为5mm;贴装元件焊盘的外侧与相邻插装元件的外侧距离大于2mm;金属壳体元器件和金属件(屏蔽盒等)不能与其它元器件相碰，不能紧贴印制线、焊盘，其间距应大于2mm。

定位孔、紧固件安装孔、椭圆孔及板中其它方孔外侧距板边的尺寸大于3mm;发热元件不能紧邻导线和热敏元件;高热器件要均衡分布;（电源）插座要尽量布置在印制板的四周，电源插座与其相连的汇流条接线端应布置在同侧。

特别应注意不要把电源插座及其它焊接连接器布置在连接器之间，以利于这些插座、连接器的焊接及电源线缆设计和扎线。

电源插座及焊接连接器的布置间距应考虑方便电源插头的插拔;其它元器件的布置：所有IC元件单边对齐，有极性元件极性标示明确，同一印制板上极性标示不得多于两个方向，出现两个方向时，两个方向互相垂直;10、板面布线应疏密得当，当疏密差别太大时应以网状铜箔填充，网格大于8mil(或0.2mm);11、贴片焊盘上不能有通孔，以免焊膏流失造成元件虚焊。

重要（信号）线不准从插座脚间穿过;12、贴片单边对齐，字符方向一致，封装方向一致;13、有极性的器件在以同一板上的极性标示方向尽量保持一致。

元件基本布线规则1、画定布线区域距PCB板边≤1mm的区域内，以及安装孔周围1mm内，禁止布线;2、电源线尽可能的宽，不应低于18mil;信号线宽不应低于12mil;（cpu）入出线不应低于10mil(或8mil);线间距不低于10mil;3、正常过孔不低于30mil;4、双列直插：焊盘60mil，孔径40mil;1/4W电阻：51*55mil(0805表贴);直插时焊盘62mil，孔径42mil;无极电容：51*55mil(0805表贴);直插时焊盘50mil，孔径28mil;5、注意电源线与地线应尽可能呈放射状，以及信号线不能出现回环走线。

汽车电子线路设计与制作试题库（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、在放置导线过程中，可以按（）键来取消前段导线。

A、Back SpaceB、EnterC、ShiftD、Tab正确答案：A2、用于连接各层之间导线的金属孔称为（）。

A、焊盘B、安装孔C、接插件D、过孔正确答案：D3、电感的单位换算正确的是( )A、1H=1000,000uHB、1H=1000,000，000uHC、1mH=1000,000uH正确答案：A4、Altium Designe提供的是（）仿真器。

A、模拟信号B、混合信号C、数字信号D、直流信号正确答案：B5、下列说法错误的是【】。

A、虽然Protel 99 SE能够自动布局，但实际上电路板的布局几乎都是手工完成；B、不同的元器件可以有相同的封装，相同的元器件也可以有不同的封装。

C、多层印制电路板不可以用自动布线；D、虽然Protel 99 SE能够自动布局，但实际上电路板的布局几乎都是手工完成；正确答案：C6、使用计算机键盘上的（）键可实现原理图图样的缩小。

A、Page UpB、Page DownC、HomeD、End正确答案：B7、印制电路板的（）层主要是作为说明使用。

A、Keep Out LayerB、Top OverlayC、Mechanical LayersD、Multi Layer正确答案：B8、电路板布线的时候尽量采用( )折线布线。

A、180度B、圆弧C、90度D、45度正确答案：D9、执行Report→Board Information命令，在弹出的对话框中单击Report按钮，可以生成【】。

A、电路板的信息报表B、元器件报表C、设计层次报表D、网络状态报表正确答案：A10、当温度升高时，二极管的反向饱和电流（）。

A、不变B、无法判定C、增大D、减小正确答案：C11、下列所示( )不是造成虚焊的原因。

A、焊锡固化前，用其他东西接触过焊点B、加热过度、重复焊接次数过多C、烙铁的撤离方法不当正确答案：C12、适用于高低频混合电路的接地方式是（）。

模拟与数字混合电路设计中的布局布线方法在数字和模拟电路的混合设计中，布局布线是一个非常关键的步骤。

合理的布局布线可以减小信号噪音，降低功耗，提高电路性能和可靠性。

下面我们将介绍一些在模拟与数字混合电路设计中常用的布局布线方法。

1. 分离模拟和数字部分：合理的模拟和数字部分的分离可以确保两者之间的干扰最小化。

在布局时，尽量将模拟和数字电路分别布置在不同的区域，并采取适当的物理隔离措施，如使用地平面隔离层或金属屏蔽罩，以降低互相干扰的可能性。

2. 近源布线与远源布线：在布线时，模拟信号线和数字信号线应该分开布线，以降低互相之间的干扰。

模拟信号线应该尽量靠近信号源布线，以减小传输的干扰。

而数字信号线应该尽量远离模拟信号线，以降低数字信号对模拟信号的干扰。

3. 分层布局：将模拟和数字信号线分层布局，可以有效减小相互之间的串扰。

模拟信号线和数字信号线应尽量位于不同的PCB层次或地平面区域上，以减小互相之间的干扰。

4. 使用地平面：地平面是一个非常重要的设计元素，它可以提供良好的地电平和电磁屏蔽。

在布局时，尽量增加地平面的面积，并保持地平面的连续性，以降低信号噪音和互相之间的干扰。

5. 电源分割和滤波：在混合电路设计中，电源噪声对模拟信号的影响非常大。

因此，应该将电源分割为模拟和数字两个部分，并在输入处添加滤波电路，以减小电源噪声对模拟信号的影响。

6. 信号线的长度和走向：信号线的长度和走向对电路性能和功耗有着重要的影响。

一般来说，尽量保持信号线的长度一致，并避免信号线的尖锐转弯和临近的平面走线。

此外，应尽量避免信号线的交叉和平行布线，以减小信号之间的串扰。

7. 地线和电源线的布线：地线和电源线在布线时也需要注意。

地线应尽量靠近模拟信号线，以提供良好的地引用。

电源线应尽量靠近数字信号线，以减小电源噪声对模拟信号的干扰。

总结起来，模拟与数字混合电路的布局布线方法包括分离模拟和数字部分、近源布线与远源布线、分层布局、使用地平面、电源分割和滤波、合理的信号线长度和走向以及合理的地线和电源线布线。

芯片设计中的电源噪声抑制与布局优化策略与技术在芯片设计中，电源噪声是一个常见而严重的问题。

电源噪声可以干扰信号传输，在高频应用中尤为突出。

为了提高芯片性能和可靠性，需要采取一系列的抑制电源噪声的策略与技术，同时对芯片布局进行优化。

本文将探讨芯片设计中的电源噪声抑制与布局优化策略与技术。

一、电源噪声的产生与影响电源噪声可以由电源回路中的各种因素产生，如电源线的阻抗、电容与电感元件的阻抗、电源开关器件的开关过程中的电流尖峰等。

这些因素导致电源回路中产生多种频率的噪声，传导至芯片中引起电源噪声。

电源噪声对芯片的影响主要体现在两个方面。

首先，电源噪声会直接影响芯片的工作稳定性和性能表现。

一旦噪声超过芯片所能承受的范围，可能导致芯片崩溃或者数据传输错误。

其次，电源噪声还会通过芯片的供电网络传播至其他部件，从而对整个系统的性能产生影响。

二、电源噪声抑制策略与技术1. 优化电源回路设计电源回路的设计是抑制电源噪声的首要步骤。

在设计电源回路时，应尽量减小电源回路中的电阻和电感，以减小噪声的产生。

另外，可以采用滤波电容和电感元件等被动元件来滤除噪声信号。

此外，还可以采用分离式的电源设计，将模拟电源和数字电源分离，以减小相互之间的干扰。

2. 优化供电网络设计供电网络设计是抑制电源噪声的重要手段之一。

可以采用多层供电网络设计来提高供电电源的稳定性。

同时，合理布局电源引脚和接地引脚，减小供电网络的阻抗，以提高供电电源的质量。

此外，还可以使用电源分布式电感器（PDN）来降低电源噪声。

3. 选择低噪声稳压器件选择低噪声的稳压器件对抑制电源噪声至关重要。

稳压器件应具备高阻抗、低噪声、低电压漂移等特点。

同时，应注意稳压器件的布局和降噪电容的选择，以最大程度地降低噪声信号的传播。

三、芯片布局优化策略与技术1. 分离模拟与数字区域模拟与数字电路之间的干扰是芯片布局中需要解决的一个问题。

为了降低电源噪声对模拟电路的干扰，应将模拟电路与数字电路分离，并合理布局。

抗磁干扰方法下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰：(1)微控制器时钟频率特别高，总线周期特别快的系统。

(2)系统含有大功率，大电流驱动电路，如产生火花的继电器，大电流开关等。

(3)含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。

为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施：(1) 选用频率低的微控制器：选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。

同样频率的方波和正弦波，方波中的高频成份比正弦波多得多。

虽然方波的高频成份的波的幅度，比基波小，但频率越高越容易发射出成为噪声源，微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍。

(2) 减小信号传输中的畸变微控制器主要采用高速CMOS技术制造。

信号输入端静态输入电流在1mA左右，输入电容10PF左右，输入阻抗相当高，高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力，即相当大的输出值，将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端，反射问题就很严重，它会引起信号畸变，增加系统噪声。

当Tpd＞Tr时，就成了一个传输线问题，必须考虑信号反射，阻抗匹配等问题。

信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关，即与印制线路板材料的介电常数有关。

可以粗略地认为，信号在印制板引线的传输速度，约为光速的1/3到1/2之间。

微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr（标准延迟时间）为3到18ns之间。

在印制线路板上，信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线，线上延迟时间大致在4~20ns之间。

也就是说，信号在印刷线路上的引线越短越好，最长不宜超过25cm。

而且过孔数目也应尽量少，最好不多于2个。

当信号的上升时间快于信号延迟时间，就要按照快电子学处理。

此时要考虑传输线的阻抗匹配，对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输，要避免出现Td＞Trd的情况，印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。

用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则：信号在印刷板上传输，其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。