2-3-2 数字电路为什么会产生噪声

为阐释数字电路产生的噪声,我们以一个由两个IC间的信号线组成的简化电路为例。

如图2-3-5所示,我们考察这样一种情形: 一根连接两个数字IC的信号线传输信息。两个IC间的电流可以简化为如图2-3-6所示。[参考文献 4]

在图2-3-5和2-3-6中,一根信号线将信号从左侧驱动器传输到右侧驱动器。连接与电源侧或接地侧驱动器内信号线相连的开关(包括一个晶体管),可能使信号电压发生变化。当驱动器侧的开关打开时,输入终端的电容(多个pF的极少量静电容量)在接收器侧充电或放电。当驱动器输出的信号电压根据电容的充电和放电变化时,信息从驱动器传输到接收器。

图2-3-7展示了切换瞬间电流和电压的示意图。图2-3-7还展示了针对驱动器IC输出电阻(R)的建模。信号电平切换的速度视输出电阻和电容而变。请注意,本模型经过了大量简化,仅能展示电路的运行,而不足以解释噪声。后文中将介绍更为实际的模型。

在这种情况下,两个IC间的电流流经图2-3-6中电容充电侧的橙色路径,在放电侧则流经图中的蓝色路径。这一电流使数字电路产生噪声。

Example of wiring to connect digital circuits

图2-3-5 连接数字电路的线路的示例

Operation model of digital circuit

图2-3-6 数字电路的运行模式

Flow of electric current when the signal level changes

图 2-3-7 信号电平改变时电流的流动

由于此时电流是电容(电容器)充电和放电所产生的,在信号切换的瞬间,电流像长钉一样流动,如图2-3-8(b)所示。这种波形包含各种频率,通过用作天线的线路发射出来,从而造成噪声干扰。根据电路的寄生电感,电流的突然变化会造成感应电压。电压也成为噪声的起因。

因为噪声源是驱动器内的切换开关,所有可以说在图2-3-5的模型中噪声源在驱动器内。

Image of electric current flowing in wiring

图2-3-8 线路中电流流动图


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