Електронна схемотехника
Изтегляне 343.5 Kb.
|
| 5.3. Шумове. Източниците на шумове са: ♦ външни – от промишлени, битови, комуникационни и др. устройства. Достигат до схемите като електромагнитни полета или през мрежовото захранване; ♦♦ вътрешни: а) собствени шумове на компонентите (транзистори, резистори и др.; б) шумове генерирани от самите схеми при превключването им. Пропорционални са на амплитудата на комутирания сигнал. Тези шумове проникват към останалите схеми по различни начини. Някои от тях са показани на фиг. 5.6. Между всеки два съседни проводника съществува капацитет и взаимна индуктивност. Промените на тока или напрежението в единия проводник влияят върху сигнала в другия. Върху шините на захранването и масата съшо възникват шумове, вследствие на индуктивността и съпротивлението на самите шини (фиг. 5.6.в).
В интегралните схеми със смесени сигнали особена опасност представляват шумовете от цифровите схеми. Те проникват по капацитивен, индуктивен и съпротивителен път през общата подложка. Аналоговите схеми са силно уязвими поради наличието в тях на чувствителни точки и много малки сигнали. Специално внимание изискват напълно изолираните възли. Върху тях се установяват т. нар. ''плаващи потенциали'', които също могат да бъдат източник на смущения. Техните особености, обаче, могат да се превърнат в полезни, както например в технологията FAMOS на Intel за препрограмируеми памети EPROM. С табилното функциониране на схемите не се изчерпва с казаното дотук. Съществуват схемни конфигурации с малък шумов запас, които работят стабилно при високи нива на шумовете. Един прост пример за това е показан на фиг. 5.7. През паразитния резистор RN шумов източник с амплитуда VN достига до съединителния проводник между двата инвертора. Първият от тях е в състояние логическа нула, транзисторът MN1 е отпушен и може да се замести със съпротивлението на неговия канал rCN . Транзисторът MN2 във втория инвертор е запушен и би могъл да се отпуши от положителната амплитуда VN на шума. Съпротивлението на шината е много по – малко от rCN и RN и може да се пренебрегне. Вследствие на шума напрежението на шината, съответно на гейта на MN2, се повишава със стойност VN . На практика, обаче, тя не може да отпуши MN2 , тъй като RN >> rCN. Както се вижда, благодарение шунтиращото действие на отпушения транзистор MN1, шумът не нарушава нормалната работа. Анализът на общия случай почива на следните допускания: ♦ Чувствителният възел (най – често това е входът на схемата, но би могла да бъде и друга точка) е със симетричен запас на шумоустойчивост
където а е от порядъка на 0,3÷0,4, а в идеалния случай а=0,5 (фиг.5.5.г); ♦ Външните шумове са с амплитуди VNEXT = {VNE1, VNE2, …..VNEi } и коефициенти на предаване към чувствителния възел съответно bЕХТ = {bE1, bE2…bEi} ; ♦ Вътрешните шумове са пропорционални на амплитудата Uм. Те постъпват към чувствителния възел с коефициенти на предаване cINT={cI1, cI2….cIj }. Тогава шумът в разглежданата точка е сума от вътрешните и външните шумове. За стабилна работа той трябва да не превишава запасът на шумоустойчивост:
следователно Получените резултати водят до следните изводи: i) Най – ефикасният подход за осигуряване на стабилна работа при големи външни и вътрешни шумове е намаляването на коефициентите bЕХТ и cINT. Това означава да се затрудни достъпа на шумовите източници до чувствителната точка чрез екраниране (скрити изолиращи слоеве, дълбоки изолиращи канавки, заграждащи рингове и др.). Друга мярка в тази насока е създаването на схеми и схемни кофигурации с ниска чувствителност към постъпващи шумове – напр. схеми с диференциална структура; ii) Увеличаването на амплитудата на сигнала Uм може да помогне в борбата с външните шумове, но това води до увеличаване на вътрешните шумове и консумираната мощност ; iii) Необходим е максимален запас на шумоустойчивост. Със схемотехнически средства да се постигне а ≈ 0,5, а защо не и а>0,5 – напр. чрез прилагане на хистерезис (вж. гл.21). Много често, предимно във фирмената литература, шумовете се класифицират в две групи: noises – собствените шумове на компонентите (транзистори, резистори и т.н). и disturbances – шумове (смущения) от други източници, напр. от захранващите шини, капацитивно предавани шумове и др.. 1 “Any third-rate engineer or researcher can increase complexity; but it takes a certain flair of real insight to make things simple again…to make things simpler and at the same time more efficient“ [Schumacher73]. 2 В нея има направления обединяващи специфични проблеми, напр. “signal integrity” (разпространение на високоскоростни сигнали по съединителниге проводници), “analog issues of digital design” (преходни процеси, шумове, синхронизация) и др. 1 В литературата, може би за удобство, обикновено се използват термините дискретизация (във времето) и квантуване (по ниво). 2 При повече от две нива двузначната логика се превръща в многозначна. 1 Например т.нар. ”математически експеримент” е по същество моделиране на базата на модели, които не са свързани с реални обекти, а са плод на творческа фантазия. По този начин могат да се предскажат или открият явления, които реално не са били наблюдавани. 1 Границата от един милион транзистора/чип беше достигната малко преди 1990г., а през 2008 г. Intel пусна в производство четириядрения процесор Penrin съдържащ 820 милиона транзистора. След него се очаква Tukwilla с около два милиарда транзистора. 2 Top – down проектирането на аналогови системи се затруднява от огромното разнообразие на аналоговите схеми, както и от сложността на техните модели. 1 Закъснението на сигнала е разгледано подробно в гл.16 1 ”Мярка за способността на системата да се възстановява при възникване на нежелани – често непредсказуеми – изменения, както от външен, така и от вътрешен произход.” [Dictionary’86] 2 Състоянието на цифровите схеми се определя от изходното им напрежение – U0 или U1. 1 За стандартните цифрови CMOS схеми U0 = 0V и U1 =VDD . 1 Посочени са по няколко синонима, тъй като и в литературата се срещат немалко варианти (макар понякога авторите да внасят в тях смислови нюанси), напр. noise margin и noise immunity [Rab03], marge d’immunité au bruit [Tran95] и др. 2 Дефиницията за ”шумове” в т.5.1 дава основания на някои автори да отнасят тези изменения към т. нар. ''вътрешни шумове'', които се разглеждат в следващата т.5.3. Изтегляне 343.5 Kb. Сподели с приятели:
|