基于CPLD的智能寬帶去邊沿抖動(dòng)技術(shù)

模擬信號通過(guò)比較器，或放大后通過(guò)數字門(mén)電路，都可實(shí)現幅度離散化而成為脈沖數字信號。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。當輸入落在之間的模糊區中，尤其是在靠近VT附近時(shí)，內部電路就相當于一個(gè)增益非常大的開(kāi)環(huán)放大器，后級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(mén)電路的輸入端，由于過(guò)VT點(diǎn)電壓斜升率太小，當通過(guò)邏輯模糊帶(ΔV=VB-VA)的時(shí)間(t2-t1)遠大于門(mén)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)。對于比較器，ΔV一般為幾毫伏，而TTL門(mén)電路，VB=2.4V，VA=0.8V，所以會(huì )更易出現邊沿抖動(dòng)。

數字電路中產(chǎn)生邊沿抖動(dòng)的機理

數字電路中產(chǎn)生邊沿抖動(dòng)主要發(fā)生在以下幾個(gè)方面：(1)開(kāi)關(guān)器件的多次觸發(fā);(2)邏輯設計的缺陷;(3)不匹配終端長(cháng)線(xiàn)效應。

開(kāi)關(guān)器件的多次觸發(fā)是最常見(jiàn)的，如鍵盤(pán)按鍵的多次連接，繼電器的觸頭多次接觸等等，本來(lái)只有一次信號變化卻形成了若干次變化。邏輯設計缺陷產(chǎn)生抖動(dòng)的機理是：邏輯冒險或競爭，邏輯設計不合理造成瞬時(shí)毛刺，這種情況也是經(jīng)常發(fā)生，很難完全避免。在無(wú)終端匹配的長(cháng)線(xiàn)上，高頻脈沖信號在線(xiàn)上多次往返傳播，將在脈沖前后沿形成長(cháng)長(cháng)的余振，當余振幅度足夠大時(shí)，對接收端門(mén)電路即成為沿抖動(dòng)。

邊沿抖動(dòng)產(chǎn)生的危害

對于狀態(tài)數據信號，邊沿抖動(dòng)的危害一般較小，僅當系統正好在沿抖動(dòng)時(shí)刻采樣才會(huì )引起數據錯誤?？刂菩盘?、復位信號的邊沿抖動(dòng)常會(huì )造成的誤操作，引起邏輯混亂，甚至損壞執行機構。而如果時(shí)鐘信號發(fā)生沿抖動(dòng)，利用該時(shí)鐘沿工作的鎖存器、計數器、定時(shí)器等電路的結果將可能完全錯誤。

常規去抖動(dòng)方法

針對抖動(dòng)的產(chǎn)生機理，我們把常規去抖動(dòng)的方法也歸納為兩類(lèi)：去模擬信號抖動(dòng)方法和去開(kāi)關(guān)信號抖動(dòng)方法，分別被用在模擬電路部分設計和數字電路設計中進(jìn)行去抖動(dòng)處理。

去模擬信號抖動(dòng)方法

由于模擬信號的質(zhì)量經(jīng)常是引起抖動(dòng)的源頭，因而對模擬信號的處理更受關(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)單穩態(tài)觸發(fā)器。

平滑濾波是常用的方法。讓信號從檢測帶的隨機快速變化鈍化為緩變信號，濾除不相干的頻率成分，這樣就可以弱化引起抖動(dòng)的信號分量，在檢測帶內就可準確檢測信號的邏輯電平。電路實(shí)現一般是用電阻電容或加運算放大器組成的有源/無(wú)源低通、帶通或帶阻濾波器。

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

單穩態(tài)觸發(fā)器對信號的整形是利用了時(shí)間延遲形成觸發(fā)時(shí)間屏蔽區間的原理。當信號超過(guò)某個(gè)電平時(shí)，觸發(fā)器翻轉，在內部定時(shí)沒(méi)有完成前不隨信號變化而變化，定時(shí)時(shí)間由外部電路設定，這樣也可對信號頻率已知情況的信號去除掉快變抖動(dòng)。

去開(kāi)關(guān)信號抖動(dòng)方法

去除數字信號引入和處理時(shí)出現的抖動(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)化設計。

RC濾波是消除開(kāi)關(guān)量器件抖動(dòng)的最常見(jiàn)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態(tài)觸發(fā)器相似。比如，對鍵盤(pán)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，只要設置的時(shí)常數大于抖動(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(guò)多次檢測加上延時(shí)、比較來(lái)實(shí)現的。比如，對鍵盤(pán)按鍵操作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)，可以多次檢測，在一定的時(shí)間內是相同的鍵值則認為按下了一次，超過(guò)了一定的時(shí)間則認為有連續按鍵操作。

對于數字信號處理中(邏輯設計不合理)產(chǎn)生的抖動(dòng)， 主要靠?jì)?yōu)化設計來(lái)解決。比如器件選擇、同步設計、匹配終端等等。器件選擇上，利用在頻帶、速度、精度等各方面相對實(shí)際需求有較大裕量的器件，這會(huì )使得信號受器件延時(shí)等影響造成的抖動(dòng)大大減小。同步設計可以有效防止信號變化時(shí)出現的不必要的中間過(guò)程，一般是把異步設計的電路改成同步電路，這樣各路信號經(jīng)過(guò)幾乎相同的時(shí)延，避免了中間過(guò)程變化引起的抖動(dòng)。匹配終端的設計對于頻率高端信號很有效。