15集成电路系统中的干扰及其抑制电路故障分析与排除.docVIP

1.5 集成电路系统中的干扰及其抑制、电路故障分析与排除 对于用集成电路组成的系统，要使它能在实际使用环境中正常工作，不仅电路的设计要正确，使用组件的质量要优良，线路和装置的布局要合理，还要注意使用环境的优劣程度。我们知道环境中广泛存在着干扰，它既可来自系统内部，也可来自系统之外。防止干扰的措施大致有：合理设计线路和装置的布局，加强电源的去耦滤波，注意电路的匹配、屏蔽和接地以及选择抗干扰能力强的器件等几个方面。其中电源的去耦滤波在前面1.2节的电源电路中已作介绍，这一节将介绍其它几种抗干扰的措施。 一、线路和装置的合理布置 在集成电路系统中进行线路和装置的布置时应注意以下几点： (1)如果一个系统中有两条以上的输入信号线，它们相距不要太近。如果两条信号线靠得很近，那么一条线上的信号将耦合到相邻线上。当耦合很强时，感应在相邻线上的电压将变成引起故障的干扰信号。 (2)对于数字电路系统，各逻辑线尽量不要紧靠时钟脉冲线。 (3)对于需要在电路板上搭接导线的系统，要注意避免导线互相重叠。不要跨越元器件上空交错成网，应贴近底板在元器件周围走线，长短适宜。 (4)对于高增益、弱信号或高频的测量，应特别注意不要将被测件的输出端靠近输入端，在系统布置时应采用一字形排列，以免引起信号的串扰及寄生振荡。 (5)系统连接线要短捷，避免走平行线和紧扎的双绞线，应分散、交叉走线。若有可能尽量靠近地线(底板)走线。布线时先要布短的单线，后布双绞线。电源总线和信号电缆要分开走线。 二、电路的匹配 在集成电路系统中，匹配也是一个非常重要的问题。如果匹配不当，将引起系统内部噪声，致使系统工作不正常。 集成电路系统中的匹配包括三个方面：一方面是信号源与集成电路被测网络输入端之间的匹配；另一方面是被测网络内部级与级之间的匹配；还有一方面是被测网络输出与负载之间的匹配。 为稳定输出，减小信号源内阻对被测网络的影响，应在被测网络输入端加一个阻抗匹配网络，使被测网络与信号源匹配，以便从信号源获得最大的激励功率。 在被测网络内部的前级与后级之间，也要考虑在电压、电流及阻抗等方面的匹配。对于数字集成电路系统，主要是考虑电压、电流的适配问题，这一点在1.3节接口电路中已经提到。对于模拟集成电路，则主要是使前级输出阻抗与后级输入阻抗匹配，以使后级从前级获得最大的传输功率。 测试仪器与被测网络之间的匹配，主要是指选择被测网络中低阻抗输出的测试点，以及增大测试仪器的输入阻抗，以降低测试仪器对被测网络的影响。这一点在本节后面还将专门介绍。 另外，在工作速度及频率较高的集成电路系统中，信号长线传输时，如果阻抗不匹配，会产生反射而引起内部噪声，致使系统工作不正常。一般传输线长与信号波长可以相比拟时的传输线称为长线。驱动长线有专门的器件如功率门、集电极开路门以及长线驱动器和长线接收器等。驱动长线的电路只能驱动长线而不能驱动其它逻辑门和触发器，触发器也不能直接驱动长线。长线传输的信号只能送给一个单门(或其它逻辑元件)，而不要同时送给几个门。为防止信号在传输中的反射，数字集成电路可采用图1-20所示的几种匹配方式。 图1-19 数字集成电路的几种匹配方式 图1-1920(a)为串联匹配，一般选用串联电阻R的值在27—47之间。阻值太小不起作用，太大将减小噪声容限，且减缓了信号的传输速度。这种方法与其它三种不同的是它采用的是始端匹配方式，而其它三种均采用终端匹配方式。 图1-19(b)为并联匹配，它对噪声容限和信号传输速度基本没有影响，但功耗较大。 图1-19(c)采用电阻电容进行阻抗匹配。这种方式不增加功耗且匹配效果较好，它要求时间常数RC比传输信号的宽度大得多，这将使传输信号的速度略有减慢。 图1-19(d)采用二极管进行阻抗匹配。其中二极管可对超过的反射正脉冲进行箝位；二极管可对反射负脉冲进行箝位，R为限流电阻。 三、电路的屏蔽 屏蔽就是采用金属外壳，造成互不影响的几个空间区域，用以阻止电场或磁场的相互传播。屏蔽是排除或减弱电场或磁场干扰的有效措施。屏蔽的目的，一方面是避免被测电路本身产生的电磁场辐射干扰其它电路工作；另一方面是为避免其它信号源产生的电磁场干扰被测电路的工作。 屏蔽的材料应根据干扰场的性质来选择。若干扰源对系统装置主要是电场干扰性质，则由于在电场中反射损耗是构成屏蔽的主要因素，因此用铜或铝这样的良导体作为屏蔽材料较好；若干扰源对系统装置主要是低频磁场干扰性质，由于低频磁场中吸收损耗是构成屏蔽的主要因素，因此采用钢一类良导磁体较好；若干扰源对系统装置是高频磁场干扰性质，则应该采用良导体作为磁屏蔽材料。 屏蔽的效果受屏蔽壳体结构的影响较