电路设计考虑的因素及抗干扰问题

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摘要:数字电路系统是用来对数字信号进行采集、加工、传送、运算和处理的装置。一个完整的数字电路系统往往包括输入电路、输出电路、控制电路、时基电路和若干子系统5个部分。首先介绍数字电路设计中应考虑的若干因素，然后对数字电路设计中抗干扰设计进行了探讨。

关键词:数字电路;设计;抗干扰

0引言

数字系统是指由一些数字电路(子系统)组成的，完成某种信息处理任务的电路总称。任何复杂的数字电路系统都可以逐步划分成不同层次、相对独立的子系统。通过对子系统的逻辑关系、时序等分析，最后可以选用合适的数字电路器件来实现，将各子系统组合起来，便完成了整个大系统的设计。

1数字电路设计中需考虑的因素

数字电路设计要考虑的因素非常多，如果不注意，会导致设计者所设计的系统无法达到规格要求，一些需注意事项如下。

1．1传输延迟与输出延迟时间

输入信号通过组合逻辑电路而产生出来的输出信号，不可能同步产生，因为在通过组合逻辑电路一定会花费时间，称为传输延迟时间。在做时序模拟时，一定都会有传输延迟的现象发生。输入信号通过时序电路中时需要注意的是，当触发信号触发时，输出信号会经过一段时间才会生效，这段时间称为输出延迟时间。

1．2脉冲宽度和建立时间及保持时间

脉冲宽度就是一个信号脉冲所能维持在一定水平上的宽度，这其中有一个毛刺现象，若你的脉冲宽度小于预设的值时，可以予以忽略。信号触发时，输入信号要在触发前的一段时间建立数据，这段时间称为建立时间，而输入信号也要在触发后保持一段时间，这段时间称为保持时间。建立时间和保持时间在电路设计中相当重要，如果不能满足建立时间和保持时间，得出的数据可能会有误，需注意。

1．3工作电压与工作频率

由于工艺技术日新月异，工作电压也从原来的+5V到现在的+3．3V或+1．V等。由于工作电压降低，所以功率也会随之降低。不过要注意的是，通常集成电路的工作电压可以容许到正负10%。在规格中，要将整个系统的工作频率大约能到多少先做个预估，在布线布局过后，会产生出实际的物理模型，也就是会考虑时序的问题。在系统中会有很多延迟发生，有传输延迟、门延迟、线延迟等，这些迟都会直接影响到工作频率。换句话说延迟越多，工作频率越慢。如果要改善这个问题，需重新思考整个电路的结构，该如何设计才会减少延迟的现象，要是看用流水处理的电路结构还是先进先出的电路结构。反复进行时序模拟和验证，以保证能够达到规格的要求。

1．4功率损耗的问题

如何降低功率损耗是目前很热门问题，为什么要降低功率损耗呢?目的就是为了要省电。由于在不同工作电压功率消耗的情形不同，所以工作电压为+1．8V时功率损耗比工作电压+3．3V还低。但是这有个缺点，工作电压越低，时间延迟越长，所以这要做个权衡，是否要牺牲工作频率来换取功率，全看规格所需。当设计出省电的IC应用在手机或是数字个人助理(PDA)时，消费者使用时间就会相对增长，设计出的产品就会比较有竞争力。

1．5扇入和扇出

每个组件都有一定的扇入和扇出能力，若一个缓冲器后面接了二个缓冲器，表示它的扇出能力为2。若电路设计超过电路所能承受的扇出和扇入能力，电路可能会正常工作，但是也有可能不会正常运作，也就是说会有不稳定的现象发生。所以在设计电路时需考虑扇入和扇出能力。

2数字电路设计中的抗干扰

应用中，外界不可避免存在着各种各样的干扰源，如宇宙射线、雷电、太阳磁爆等产生强烈电磁波，还有电网波动等都会对电子设备产生干扰。除此之外，电路板上数字脉冲信号的变化和各种开关器件的状态变化，也会对电路产生干扰。当干扰严重时会使系统不能正常工作，因此电子系统必须采取措施预防电磁干扰。下面就一般的抗干扰措施作一些简单介绍。

2．1电源滤波

数字电路的直流供电一般都采用把交流电转换成直流电的方式供电。当电网发生线路负荷切换、大功率用电设备的接入与切除时，会产生很强的高频干扰信号，这些干扰信号会随电源线经直流变换电路进入数字系统，带来严重干扰。对此可采用电源线路滤波器加以抑制。电源线路滤波器接在电源变压器的交流进线侧，常见的滤波器电路有双LC形和双LCπ形。

2．2数字电路的接地

数字信号为高速脉冲信号，其频谱范围很宽，高频分量可达数十兆赫，因此数字信号接地应采用高频电路的多点接地方式，即用最短的导线把各电路的接地点连接到离它最近的地线上。如果系统中同时有模拟电路存在。则模拟信号地线要和数字信号地线分开，各自成独立的接地线，然后再用短而粗的导线把它们连接到一起构成系统地线。

2．3数字电路与现场控制的光电隔离

数字电路一般输出开关信号到现场的受控操作元件，为避免现场的强电磁信号对数字电路的干扰，多采用光电耦合器进行隔离。由于光电耦合器是用光作为耦合介质的，不能传导电磁信号，因而隔离了现场电磁干扰。此外，当电子设备工作在恶劣的电磁场干扰环境时，要考虑采取屏蔽措施来消除干扰。屏蔽方式有电场屏蔽和磁场屏蔽。电场屏蔽的一般方法是用良好的导电材料做一个屏蔽罩，把需要屏蔽的电路或设备罩起来，消除电场干扰，屏蔽罩要有良好的接地。磁场屏蔽则是用良好的导磁材料做屏蔽罩，把需要磁场屏蔽的电路和设备罩起来，消除外界磁场干扰，磁场屏蔽外罩不用接地。

参考文献:

［1］茶国智．数字电路设计中部分常见问题解析［J］．电子设计工程．2012，20(13):114－116．

作者:王会云 单位:云南省会泽县广播电影电视管理服务站