基于CPLD的智能寬帶去邊沿抖動(dòng)技術(shù)

模擬信號(hào)通過比較器，或放大后通過數(shù)字門電路，都可實(shí)現(xiàn)幅度離散化而成為脈沖數(shù)字信號(hào)。實(shí)際電路中，在閾值VT附近一般有兩極限值：有效低電平輸入的最大值VA、有效高電平輸入的最小值VB，如圖3(c)所示。當(dāng)輸入落在之間的模糊區(qū)中，尤其是在靠近VT附近時(shí)，內(nèi)部電路就相當(dāng)于一個(gè)增益非常大的開環(huán)放大器，后級(jí)竄入的微小反饋都會(huì)引起振蕩而形成多次觸發(fā)。因此，即使把一個(gè)足夠幅度足夠光滑的低頻正弦波形加到門電路的輸入端，由于過VT點(diǎn)電壓斜升率太小，當(dāng)通過邏輯模糊帶(ΔV=VB-VA)的時(shí)間(t2-t1)遠(yuǎn)大于門電路傳播延遲tpd時(shí)，其輸出必將是前后沿都多次抖動(dòng)的脈沖波形(圖3d)。對(duì)于比較器，ΔV一般為幾毫伏，而TTL門電路，VB=2.4V，VA=0.8V，所以會(huì)更易出現(xiàn)邊沿抖動(dòng)。

數(shù)字電路中產(chǎn)生邊沿抖動(dòng)的機(jī)理

數(shù)字電路中產(chǎn)生邊沿抖動(dòng)主要發(fā)生在以下幾個(gè)方面：(1)開關(guān)器件的多次觸發(fā);(2)邏輯設(shè)計(jì)的缺陷;(3)不匹配終端長線效應(yīng)。

開關(guān)器件的多次觸發(fā)是最常見的，如鍵盤按鍵的多次連接，繼電器的觸頭多次接觸等等，本來只有一次信號(hào)變化卻形成了若干次變化。邏輯設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生抖動(dòng)的機(jī)理是：邏輯冒險(xiǎn)或競爭，邏輯設(shè)計(jì)不合理造成瞬時(shí)毛刺，這種情況也是經(jīng)常發(fā)生，很難完全避免。在無終端匹配的長線上，高頻脈沖信號(hào)在線上多次往返傳播，將在脈沖前后沿形成長長的余振，當(dāng)余振幅度足夠大時(shí)，對(duì)接收端門電路即成為沿抖動(dòng)。

邊沿抖動(dòng)產(chǎn)生的危害

對(duì)于狀態(tài)數(shù)據(jù)信號(hào)，邊沿抖動(dòng)的危害一般較小，僅當(dāng)系統(tǒng)正好在沿抖動(dòng)時(shí)刻采樣才會(huì)引起數(shù)據(jù)錯(cuò)誤?？刂菩盘?hào)、復(fù)位信號(hào)的邊沿抖動(dòng)常會(huì)造成的誤操作，引起邏輯混亂，甚至損壞執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而如果時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生沿抖動(dòng)，利用該時(shí)鐘沿工作的鎖存器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器等電路的結(jié)果將可能完全錯(cuò)誤。

常規(guī)去抖動(dòng)方法

針對(duì)抖動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理，我們把常規(guī)去抖動(dòng)的方法也歸納為兩類：去模擬信號(hào)抖動(dòng)方法和去開關(guān)信號(hào)抖動(dòng)方法，分別被用在模擬電路部分設(shè)計(jì)和數(shù)字電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行去抖動(dòng)處理。

去模擬信號(hào)抖動(dòng)方法

由于模擬信號(hào)的質(zhì)量經(jīng)常是引起抖動(dòng)的源頭，因而對(duì)模擬信號(hào)的處理更受關(guān)注。常用的方法主要包括以下幾個(gè)方面：(1)平滑濾波;(2)施密特觸發(fā)器;(3)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

平滑濾波是常用的方法。讓信號(hào)從檢測(cè)帶的隨機(jī)快速變化鈍化為緩變信號(hào)，濾除不相干的頻率成分，這樣就可以弱化引起抖動(dòng)的信號(hào)分量，在檢測(cè)帶內(nèi)就可準(zhǔn)確檢測(cè)信號(hào)的邏輯電平。電路實(shí)現(xiàn)一般是用電阻電容或加運(yùn)算放大器組成的有源/無源低通、帶通或帶阻濾波器。

施密特觸發(fā)器對(duì)信號(hào)的整形是利用了電平延遲形成觸發(fā)電平屏蔽區(qū)間的原理。當(dāng)輸入信號(hào)電平超過門限VB使輸出置成高電平后，僅當(dāng)輸入電平下降到比VB更低的門限VA時(shí)才能使輸出翻轉(zhuǎn)，而之間過程是保持不變。于是，只要信號(hào)抖動(dòng)范圍小于高低門限電平差，即可保證不發(fā)生抖動(dòng)。而且，由于上下翻轉(zhuǎn)電平有足夠的差值，輸出上下沿將會(huì)陡直，減小了后續(xù)門電路出現(xiàn)沿抖動(dòng)的可能性。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)信號(hào)的整形是利用了時(shí)間延遲形成觸發(fā)時(shí)間屏蔽區(qū)間的原理。當(dāng)信號(hào)超過某個(gè)電平時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，在內(nèi)部定時(shí)沒有完成前不隨信號(hào)變化而變化，定時(shí)時(shí)間由外部電路設(shè)定，這樣也可對(duì)信號(hào)頻率已知情況的信號(hào)去除掉快變抖動(dòng)。

去開關(guān)信號(hào)抖動(dòng)方法

去除數(shù)字信號(hào)引入和處理時(shí)出現(xiàn)的抖動(dòng)常有以下三種途徑：(1)RC濾波;(2)軟件去抖動(dòng)方法;(3)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

RC濾波是消除開關(guān)量器件抖動(dòng)的最常見且有效的一種硬件方法，其實(shí)質(zhì)與模擬處理方法中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相似。比如，對(duì)鍵盤按鍵操作時(shí)，按鍵一般都會(huì)多次接觸，常用的做法是加一個(gè)RC濾波電路，這樣，只要設(shè)置的時(shí)常數(shù)大于抖動(dòng)時(shí)間，即可有效消除抖動(dòng)。軟件去抖動(dòng)方法一般是通過多次檢測(cè)加上延時(shí)、比較來實(shí)現(xiàn)的。比如，對(duì)鍵盤按鍵操作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)，可以多次檢測(cè)，在一定的時(shí)間內(nèi)是相同的鍵值則認(rèn)為按下了一次，超過了一定的時(shí)間則認(rèn)為有連續(xù)按鍵操作。

對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理中(邏輯設(shè)計(jì)不合理)產(chǎn)生的抖動(dòng)， 主要靠優(yōu)化設(shè)計(jì)來解決。比如器件選擇、同步設(shè)計(jì)、匹配終端等等。器件選擇上，利用在頻帶、速度、精度等各方面相對(duì)實(shí)際需求有較大裕量的器件，這會(huì)使得信號(hào)受器件延時(shí)等影響造成的抖動(dòng)大大減小。同步設(shè)計(jì)可以有效防止信號(hào)變化時(shí)出現(xiàn)的不必要的中間過程，一般是把異步設(shè)計(jì)的電路改成同步電路，這樣各路信號(hào)經(jīng)過幾乎相同的時(shí)延，避免了中間過程變化引起的抖動(dòng)。匹配終端的設(shè)計(jì)對(duì)于頻率高端信號(hào)很有效。