高速数字电路的噪声分析

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1、高速数字电路设计与噪声探讨目录一、弓I言2二、高速电路22.1什么是高速电路22.2高速数字电路设计32.3高速数字电路设计中存在的噪声干扰3三、电磁干扰43.1电磁干扰的概念与抑制措施43.2变电所内电磁干扰来源、传输途径和信号模式53.3变电所抗电磁干扰的措施6结束语8致谢8参考文献8高速数字电路设计与噪声探讨姓名：易海涛指导老师：吴桂华摘要：随着科学信息技术的飞速发展，各种电器以及电子设备的广泛应用，电磁干扰已成为高速数字电路设计面对的一个主要问题。为了克服这个问题，目前常用的方法是屏蔽、接地和滤波。关键词：高速数字电路、电磁干扰一、引言随着计算机技术和集成电路的高速

2、发展，集成电路的集成度呈Moore定理提高，即每18个月翻一番，大规模集成电路和超大规模集成电路己广泛用于各种数字电路的设计。传统的VLSI采用硅材料精密光刻技术和多层铝布线工艺，进入20世纪90年代已进入深业微米时期，如：IC芯片的最小线宽为0.18m,芯片尺寸为800nun2时的DRAM容量可达1GB。因此，在数字电路的设计特别是高速数字电路的设计过程中，由于器件的密集通常会引起器件之I'可的相互干扰，器件的布局、接地、屏蔽不合理也会导致电路之间的干扰。探讨和分析高速数字电路设计与噪声，有利于对集成电路和高速数字电路的了解，有利于高速数字电路的设计与应用。二、高速电路2

3、.1什么是高速电路高速数字电路的设计和低频逻辑电路设计的的最大差异就是“高速数字设计”非常强调“无源元件”的行为，这里所谓的“无源元件”包括了电路板、接地、TC封装，甚至是电路板上的一个通孔，或是一个接地垫片。“高速电路”已经成为当今电子工程师们经常提及的一个名词，但究竟什么是高速电路？这的确是一个“熟悉”而又“模糊”的概念c通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量（比如说1/3）,就称为高速电路。实际上，信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高，是信号快速变化的上升沿与下降沿（或称信号的跳变

4、）引发了信号传输的非预期结果。因此，通常约定如果线传播延时大于1/2数字信号驱动端的上升时问，则认为此类信号是高速信号并产生传输线效应。信号的传递发生在信号状态改变的瞬间，如上升或下降时间。信号从驱动端到接收端经过一段固定的时间，如果传输时间小于1/2的上升或下降时间，那么来自接收端的反射信号将在信号改变状态Z前到达驱动端。反Z,反射信号将在信号改变状态Z后到达驱动端。如果反射信号很强，叠加的波形就有可能会改变逻辑状态。2・2高速数字电路设计（1）信号可以对地接地层过载：在高速数字电路设计里，不如微波设计的严谨，通常像SRAM都可以从允许有10mA峰值电流。但高速数字里的“

5、直流偏移”会减少噪声容限。（2）芯片封装的状况影响“接地反弹”佼大：如果在封装结合线时采取高电感量的导线，或者没有加装“去融合电容”，以及使用了不是高频专用的高接脚数IC封装，都会导致“接地反弹”的现象日趋严重。（3）高速数字系统的特性阻抗相当不容易控制：高速数字系统的通路宽度不易控制其尺寸结构，这是由于通路宽度通常是相当窄的缘故。（4）增加接地层会导致成木增加。（5）在高速数字系统里，大抵述能采用带状电缆或者双绞线来连接信号端与接地层。2.3高速数字电路设计中存在的噪声干扰随着集成电路与计算机科技的蓬勃发展，进入高速数字领域的电子的技术趋势是：（1）信号的上升时间愈来愈短

6、（2）CPU的时钟脉冲频率愈来愈快（3）每个1C的I/O接脚愈来愈多（4）更多的I/O接脚会同时切换逻辑状态（5）接脚的接线密度愈来愈高（6）1C封装的分布效应应会溅趋明显所以在设计一个高速系统时，我们会遇到以下噪声干扰问题（1）接地反弹。它主要是源自于电源路径以及IC封装所造成的分布电感的存在。当系统的速度愈快,同时转换逻辑状态的I/0引脚个数愈多时，会产生较大的瞬态电流，导致电源线上和地线睥电压波动和变化，这就是平进所说的接地反弹。接地反弹是数字系统的几个主要噪声来源之一。接地反弹的噪声常见的现象是，会造成系统的逻辑运作产生误动作，尤其近年来日益风行的3.3V逻辑家族。

7、（2）串扰。信号在沿着传输线传输时，是以电磁波的形式传输的。电磁波包含时变的电场和磁场。因为电磁场的能量主要是在传输线的外部，根据麦克斯韦方程知道，时变场会在周围的传输线产生电压和电流。那么对受到干扰的传输线而言，这个电压和电流就是由串扰造成的。串扰主要源口两相邻导体之间所形成的互感与互容。串扰会随着印刷电路板的绕线布局密度增加而越显严重，尤其是长距离总线的布局，更容易发生串扰的现象。这种现象是经市互容互感将能量rti—个传输线耦合到相邻传输线上的。(3)反射。反射现象的原因是：信号传输线的两端没有适当的阻抗匹配，