数字电路设计的抗干扰考虑
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逻辑门电路抗干扰措施在利用规律门电路(TTL或CMOS)作详细的设计时,还应当留意下列几个实际问题:1.多余输入端的处理措施集成规律门电路在使用时,一般不让多余的输入端悬空,以防止干扰信号引入。
对多余输入端的处理以不转变电路工作状态及稳定牢靠为原则。
对于TTL与非门,一般可将多余的输入端通过上拉电阻(1~3kΩ)接电源正端,也可利用一反相器将其输入端接地,其输出高电位可接多余的输入端。
对于CMOS电路,多余输入端可依据需要使之接地(或非门)或直接接VDD(与非门)。
2.去耦合滤波器数字电路或系统往往是由多片规律门电路构成,它们由一公共的直流电源供电。
由于电源是非抱负的,一般是由整流稳压电路供电,具有肯定的内阻抗。
当数字电路运行时,产生较大的脉冲电流或尖峰电流,当它们流经公共的内阻抗时,必将产生相互的影响,甚至使规律功能发生紊乱。
一种常用的处理方法是采纳去耦合滤波器,通常是用10~100μF的大电容器与直流电源并联以滤除不需的频率成分。
除此之外,对于每一集成芯片还加接0.1μF的电容器以滤除开关噪声。
3.接地和安装工艺正确的接地技术对于降低电路噪声是很重要的。
这方面可将电源地与信号地分开,先将信号地汇合在一点,然后将二者用最短的导线连在一起,以避开含有多种脉冲波形(含尖峰电流)的大电流引到某数字器件的输入端而导致系统正常的规律功能失效。
此外,当系统中兼有模拟和数字两种器件时,同样需将二者的地分开,然后再选用一个合适共同点接地,以免除二者之间的影响。
必要时,也可设计模拟和数字两块电路板,各备直流电源,然后将二者恰当的地连接在一起。
在印刷电路板的设计或安装中,要留意连线尽可能短,以削减接线电容而导致寄生反馈有可能引起寄生振荡。
此外,CMOS器件在使用和贮存过程中要留意静电感应导致损伤的问题。
静电屏蔽是常用的防护措施。
模拟电路和数字电路的设计和开发电路设计和开发是电子工程师的基本工作之一。
随着科技的发展,电路设计也在不断的创新和升级。
本文将就模拟电路和数字电路的设计和开发进行详细的探讨和论述。
一、模拟电路设计与开发1. 模拟电路的定义和发展模拟电路是指处理各种连续信号的电路,包括声波、光信号、热信号、压力信号等。
模拟电路最初是用来处理语音和音乐信号的,现在已经广泛应用于医学、工业、通讯、能源等领域。
2. 模拟电路的基础知识模拟电路的基础知识包括电路分析方法、电路基本元器件、集成电路等。
电路分析方法包括基尔霍夫定律、欧姆定律和基本电路分析技巧等。
电路基本元器件包括电阻、电容、电感等。
3. 模拟电路的设计流程模拟电路的设计流程包括需求分析、系统设计、电路设计、电路验证、电路实现等。
需求分析阶段是确认最终产品的性能目标。
系统设计阶段是选择电路拓扑结构和器件,通过仿真验证电路性能。
电路设计阶段包括电路布图、元器件选型、仿真等。
电路验证阶段是通过实验验证系统性能。
电路实现阶段是通过 PCB 制版和器件组装完成产品。
二、数字电路设计与开发1. 数字电路的定义和发展数字电路是指处理各种数字信号的电路,主要应用于计算机、手机、数码相机、电视机、机器人等。
数字电路最初应用于最基本的计算器,现在已经广泛应用于人们的日常生活。
2. 数字电路的基础知识数字电路的基础知识包括二进制、逻辑代数、数字系统设计、集成电路等。
二进制是数字电路的最基本的表示方法,数字电路中的逻辑运算通常使用逻辑代数的符号。
数字系统设计包括数字逻辑设计、定时分析、测试和维护。
集成电路是数字电路的核心。
3. 数字电路的设计流程数字电路的设计流程包括需求分析、系统设计、数字逻辑设计、模拟仿真、电路布局、FPGA 代码编写等。
需求分析阶段是确认最终产品的性能目标。
系统设计阶段是选择数字电路拓扑结构和器件,通过仿真验证电路性能。
数字逻辑设计阶段包括设计状态机、选择逻辑块、处理时序等。
数字集成电路设计方法、流程数字集成电路设计是指将数字电路功能进行逻辑设计、电路设计和物理布局设计,最终实现数字电路在集成电路芯片上的实现。
数字集成电路设计方法包括:1.设计需求分析:对于待设计的数字电路,首先需要了解设计需求。
明确电路所需的功能、性能指标、工作条件等,以确定电路设计的目标和约束条件。
2.逻辑设计:通过使用硬件描述语言(HDL)或者可视化设计工具,设计数字电路的功能逻辑。
在逻辑设计中,使用逻辑门、寄存器、计数器、状态机等基本逻辑单元,以及组合逻辑和时序逻辑的方法,实现所需功能。
3.电路设计:根据逻辑设计的结果,进行电路级设计。
包括选择和设计适当的电路模型、搭建电路拓扑、设计功耗、提高抗噪声性能等。
在电路设计中,需要考虑电源电压、电路延迟、功耗、抗干扰性能等因素。
4.物理布局设计:根据电路设计的结果,进行芯片级物理布局设计。
将电路中的逻辑单元和电路模块进行排布,设计电路的物理连接,并确定芯片的尺寸、引脚位置等。
物理布局设计需要考虑电路的功耗、面积、信号干扰等因素。
5.时序分析:对于复杂的数字电路,在设计过程中需要进行时序分析,以确保电路在各种工作条件下都能正常工作。
时序分析包括时钟分析、延迟分析、时序约束等。
6.仿真验证:在设计完成后,通过仿真验证电路的功能和性能。
使用仿真工具对电路进行功能仿真、逻辑仿真和时序仿真,验证设计的正确性。
7.物理设计:在完成电路设计和仿真验证后,进行物理设计,包括版图设计、布线、进行负载和信号完整性分析,以及完成设计规则检查。
8.集成电路硅掩模制作:根据物理设计结果,生成集成电路的掩模文件。
掩模文件是制造集成电路所需的制作工艺图。
9.集成电路制造:根据掩模文件进行集成电路的制造。
制造过程包括光刻、蚀刻、沉积、离子注入等工艺。
10.设计验证和测试:在集成电路制造完成后,进行设计验证和测试,确保电路的功能和性能符合设计要求。
数字集成电路设计的流程可以总结为需求分析、逻辑设计、电路设计、物理布局设计、时序分析、仿真验证、物理设计、硅掩模制作、集成电路制造、设计验证和测试等步骤。
di、do电路设计Di和Do电路设计是电子工程中的重要部分,主要用于数字信号的输入和输出。
这两种电路在各种电子设备中都得到了广泛应用,如计算机、手机、电视等。
Di电路,全称为数字输入电路,是将外部的数字信号输入到电子设备中的一种电路。
它常用于接受来自键盘、鼠标、传感器等外部设备的输入信号,并将其转换为计算机可以识别的二进制信号。
Di电路的设计需要考虑信号的稳定性、抗干扰能力和响应速度等因素。
为了保证信号的稳定性,Di电路通常采用滤波电路来消除噪声和干扰。
另外,为了提高抗干扰能力,Di电路还会采用差分输入来抵消共模噪声。
在响应速度方面,Di电路还需要考虑信号的延迟问题,以确保输入信号能够及时被电子设备识别和处理。
Do电路,全称为数字输出电路,是将电子设备中的数字信号输出到外部的一种电路。
它常用于控制外部设备的开关、驱动显示屏、发出报警信号等。
Do电路的设计需要考虑输出电流、电压和功率等参数,以确保能够正常驱动外部设备。
为了保证输出信号的质量,Do 电路通常会采用缓冲电路来提供足够的电流和电压。
另外,为了保护电子设备和外部设备,Do电路还会采用过流保护、过压保护和短路保护等措施。
在Di和Do电路设计中,还需要考虑信号的传输和处理问题。
传输问题主要涉及信号的传输线路和电缆的设计,以确保信号能够稳定地传输到目标设备。
处理问题主要涉及信号的编码、解码、校验和处理算法等,以确保信号能够正确地被识别和处理。
Di和Do电路设计是电子工程中的重要内容,它们在各种电子设备中起着至关重要的作用。
合理的Di和Do电路设计可以提高电子设备的性能和可靠性,同时也能够满足用户对数字信号输入和输出的需求。
因此,在电子工程设计中,对于Di和Do电路设计的研究和应用具有重要意义。
数字电路抗干扰问题的解决来源:网络录入:雨辰&化石关键词:抗干扰在电子系统设计中,为了少走弯路和节省时间,应充分考虑并满足抗干扰性的要求,避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。
形成干扰的基本要素有三个:(1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt,di/dt大的地方就是干扰源。
如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件,指容易被干扰的对象。
如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能。
(类似于传染病的预防)1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。
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du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。
减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或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)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。
仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路,电阻一般选几K 到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。
(3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。
(4)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。
(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。
pmos开关电路抗干扰措施PMOS(P-type metal oxide semiconductor)开关电路是一种常见的电路配置,可用于实现数字逻辑功能,信号放大和开关等。
当在实际应用中使用PMOS开关电路时,其性能可能会受到各种干扰的影响,例如电源噪声、电磁干扰、时序冲突等。
为了保证电路的正常运行和稳定性,我们需要采取一定的措施来降低这些干扰。
下面将介绍几种常见的抗干扰措施。
1.电源滤波:在PMOS开关电路的电源输入端添加电源滤波器,可以有效地滤除电源中的高频噪声和纹波。
这可以通过各种电源滤波电路实现,例如LC滤波器、RC滤波器、降压稳压器等。
这些滤波电路可以使电路的供电稳定,并显著降低输入信号中的噪声。
2.接地设计:良好的接地设计是抗干扰的重要因素之一、将PMOS开关电路的接地点接近于电源接地,可以帮助降低电磁噪声的干扰。
此外,还可以通过使用单点接地和分层接地的方法,减少地线回流和环路产生的干扰。
3.屏蔽设计:采用屏蔽设计可以有效地隔离外部电磁干扰对PMOS开关电路的影响。
可以在电路周围加入金属屏蔽罩或金属屏蔽层,将电路与外部环境隔离开,以防止外部电磁噪声的干扰。
4.场效应管选型:不同型号的PMOS场效应管具有不同的抗干扰能力。
在设计中,应该选择那些具有较高抗干扰性能的PMOS场效应管,以提高电路的噪声容限。
此外,还可以采用双极性晶体管(BJT)和JFET等其他器件来代替PMOS场效应管,以提高抗干扰的能力。
5.触发电路设计:在PMOS开关电路中,触发电路的设计也对抗干扰至关重要。
正确设计触发电路,可以减少电路在切换过程中产生的噪声和共模干扰。
例如,可以使用RC滤波器、稳压电路、低噪声放大器等技术手段,优化触发电路的性能。
6.接口电路隔离:当将PMOS开关电路连接到其他电路或外部设备时,接口电路隔离也是十分重要的。
通过添加光耦隔离、变压器隔离或基于光纤传输的隔离装置,可以有效地隔离外部干扰,并提供更高的抗干扰能力。
电路板的抗干扰设计,这些办法让它简单易懂
抗干扰设计的基本任务是系统或装置既不因外界电磁干扰影响而误动作或丧失功能,也不向外界发送过大的噪声干扰,以免影响其他系统或装置正常工作。
因此提高系统的抗干扰能力也是该系统设计的一个重要环节。
电路抗干扰设计原则汇总:
1、电源线的设计
(1)选择合适的电源;
(2)尽量加宽电源线;
(3)保证电源线、底线走向和数据传输方向一致;
(4)使用抗干扰元器件;
(5)电源入口添加去耦电容(10~100uf)。
2、地线的设计
(1)模拟地和数字地分开;
(2)尽量采用单点接地;
(3)尽量加宽地线;
(4)将敏感电路连接到稳定的接地参考源;
(5)对pcb板进行分区设计,把高带宽的噪声电路与低频电路分开;
(6)尽量减少接地环路(所有器件接地后回电源地形成的通路叫“地线环路”)的面积。
3、元器件的配置
(1)不要有过长的平行信号线;
(2)保证pcb的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端尽量靠近,同时远离其他低频器件;
(3)元器件应围绕核心器件进行配置,尽量减少引线长度;
(4)对pcb板进行分区布局;。
如何解决电路中的电源抗干扰问题电源抗干扰问题常常困扰着电路设计师和电子工程师。
当电路中存在干扰源时,电源抗干扰能力的强弱将直接影响整个电路的稳定性和性能。
为了解决这一问题,本文将介绍几种常用的电源抗干扰技术和方法,并给出实际应用的案例。
一、电源抗干扰问题的原因电源抗干扰问题主要源于以下几个方面:1. 环境干扰:来自电源供应、电磁辐射以及其他电器设备的干扰信号会通过电源线路传播到整个电路中,影响电路的正常工作;2. 电源线路的干扰:电源线路中存在电感、电容等元件,会产生阻抗变化,引起电源的涟漪以及噪声,导致电压波动;3. 电源本身的干扰:电源本身的工作特性以及设备寿命等因素也会影响电源的稳定性。
二、电源抗干扰的解决方法针对电路中的电源抗干扰问题,可以采用以下几种解决方法:1. 滤波技术滤波技术是解决电源抗干扰问题最常见的方法之一。
通过使用低通滤波器、降噪电容、降噪电感等元件,可以有效地过滤掉电源中的高频噪声和涟漪,保证电路的稳定性。
在设计电路时,可以在电源输入和负载之间增加滤波电容,同时选择合适的电感元件,用来抑制高频信号和电源的涟漪。
2. 设备分离通过合理的布局和设计,将敏感的模拟电路和数字电路等不同类型的设备隔离开来,可以减少干扰信号的相互影响。
此外,还可以使用屏蔽罩、隔离电缆等措施,将不同模块或设备之间的电源线路完全分开,从而进一步提高电路的抗干扰能力。
3. 地线设计地线设计是电源抗干扰中十分重要的一环。
合理的地线布线可以减少共模干扰和传导干扰,提高电路的抗干扰能力。
在电路设计中,应尽量缩短地线长度,减少地线回路面积,采用宽、平的地引线,避免地线突变等措施,以降低地线电阻和电感,减小干扰信号的传输。
4. 选择合适的电源电源的选择对于电路的抗干扰能力至关重要。
在设计电路时,应优先选择稳定性好、噪声小的电源产品,尽量避免使用开关电源等容易产生电源涟漪和噪声的产品。
此外,还可以考虑使用隔离型电源、稳压电源等专用电源产品,进一步提高电路的抗干扰能力。
抗干扰设计原则大全一电源线布置:1、根据电流大小,尽量调宽导线布线。
2、电源线、地线的走向应与资料的传递方向一致。
3、在印制板的电源输入端应接上10~100μF的去耦电容。
二地线布置:1、数字地与模拟地分开。
2、接地线应尽量加粗,致少能通过3倍于印制板上的允许电流,一般应达2~3mm。
3、接地线应尽量构成死循环回路,这样可以减少地线电位差。
三去耦电容配置:1、印制板电源输入端跨接10~100μF的电解电容,若能大于100μF则更好。
2、每个集成芯片的Vcc和GND之间跨接一个0.01~0.1μF 的陶瓷电容。
如空间不允许,可为每4~10个芯片配置一个1~10μF的钽电容。
3、对抗噪能力弱,关断电流变化大的器件,以及ROM、RAM,应在Vcc和GND间接去耦电容。
4、在单片机复位端“RESET”上配以0.01μF的去耦电容。
5、去耦电容的引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能带引线。
四器件配置:1、时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端应尽量靠近且远离其它低频器件。
2、小电流电路和大电流电路尽量远离逻辑电路。
3、印制板在机箱中的位置和方向,应保证发热量大的器件处在上方。
五功率线、交流线和信号线分开走线功率线、交流线尽量布置在和信号线不同的板上,否则应和信号线分开走线。
六其它原则:1、总线加10K左右的上拉电阻,有利于抗干扰。
2、布线时各条地址线尽量一样长短,且尽量短。
3、PCB板两面的线尽量垂直布置,防相互干扰。
4、去耦电容的大小一般取C=1/F,F为数据传送频率。
5、不用的管脚通过上拉电阻(10K左右)接Vcc,或与使用的管脚并接。
6、发热的元器件(如大功率电阻等)应避开易受温度影响的器件(如电解电容等)。
7、采用全译码比线译码具有较强的抗干扰性。
为扼制大功率器件对微控制器部分数字元元电路的干扰及数字电路对模拟电路的干扰,数字地`模拟地在接向公共接地点时,要用高频扼流环。
这是一种圆柱形铁氧体磁性材料,轴向上有几个孔,用较粗的铜线从孔中穿过,绕上一两圈,这种器件对低频信号可以看成阻抗为零,对高频信号干扰可以看成一个电感..(由于电感的直流电阻较大,不能用电感作为高频扼流圈). 当印刷电路板以外的信号线相连时,通常采用屏蔽电缆。
数字电路设计的抗干扰考虑
在电子系统设计中,为了少走弯路和节省时间,应充分考虑并满足抗干扰性的要求,避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。
形成干扰的基本要素有三个:
(1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt,di/dt大的地方就是干扰源。
如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。
典型的干扰传播路径是
通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件,指容易被干扰的对象。
如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱信
号放大器等。
抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性
能。
1 抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。
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du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。
减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或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)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰,见图1。
仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。
(2)在继电器接点两端并接火花抑制电路,减小电火花影响,见图2。
(3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短,见图3。
(4)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,见图4。
注意高频电容的布线,图a和图b的效果相差很大,图c比图b的效果更好。
图a的布线增大了电容的等效串联电阻,影响了滤波效果。
(5)布线时避免90度折线,减少高频噪声发射,见图5。
(6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声。
2 切断干扰传播路径
按干扰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屏蔽罩。
切断干扰传播路径的常用措施如下:
(1)充分考虑电源对单片机的影响,电源做得好,整个电路的抗干扰就解决了一大半,见图6。
许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。
其中L为磁珠,也可用100Ω电阻代替。
(2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离,见图7。
其中L为磁珠,也可用100Ω电阻代替。
(3)注意晶振布线,见图8。
晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
此措施可解决许多疑难问题。
(4)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,见图9。
(5)用地线把数字区与模拟区隔离,数字地与模拟地要分离,最后接于电源地,见图1 0。
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。
(6)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,见图11。
(7)在单片机I/O口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显著提高电路的抗干扰性能
3 提高敏感器件的抗干扰性能
提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。
提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下:
(1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声,见图12。
(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,X 25045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.
图1消除线圈反电势干扰
图2 减小继电器火花
图3 电机加滤波电路
图4 IC并接高频电容
图5 正确布线
图6 消除电源噪声
图7 与噪声源隔离
图8 正确配置晶振
图9 电路板合理分区
图10 数字地与模拟地分离
图11 处理好大功率器件地线。