基于CPLD的智能寬帶去邊沿抖動技術(shù)

模擬信號通過比較器，或放大后通過數(shù)字門電路，都可實現(xiàn)幅度離散化而成為脈沖數(shù)字信號。實際電路中，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，內(nèi)部電路就相當(dāng)于一個增益非常大的開環(huán)放大器，后級竄入的微小反饋都會引起振蕩而形成多次觸發(fā)。因此，即使把一個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點電壓斜升率太小，當(dāng)通過邏輯模糊帶(ΔV=VB-VA)的時間(t2-t1)遠大于門電路傳播延遲tpd時，其輸出必將是前后沿都多次抖動的脈沖波形(圖3d)。對于比較器，ΔV一般為幾毫伏，而TTL門電路，VB=2.4V，VA=0.8V，所以會更易出現(xiàn)邊沿抖動。

數(shù)字電路中產(chǎn)生邊沿抖動的機理

數(shù)字電路中產(chǎn)生邊沿抖動主要發(fā)生在以下幾個方面：(1)開關(guān)器件的多次觸發(fā);(2)邏輯設(shè)計的缺陷;(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，本來只有一次信號變化卻形成了若干次變化。邏輯設(shè)計缺陷產(chǎn)生抖動的機理是：邏輯冒險或競爭，邏輯設(shè)計不合理造成瞬時毛刺，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，對接收端門電路即成為沿抖動。

邊沿抖動產(chǎn)生的危害

對于狀態(tài)數(shù)據(jù)信號，邊沿抖動的危害一般較小，僅當(dāng)系統(tǒng)正好在沿抖動時刻采樣才會引起數(shù)據(jù)錯誤?？刂菩盘?、復(fù)位信號的邊沿抖動常會造成的誤操作，引起邏輯混亂，甚至損壞執(zhí)行機構(gòu)。而如果時鐘信號發(fā)生沿抖動，利用該時鐘沿工作的鎖存器、計數(shù)器、定時器等電路的結(jié)果將可能完全錯誤。

常規(guī)去抖動方法

針對抖動的產(chǎn)生機理，我們把常規(guī)去抖動的方法也歸納為兩類：去模擬信號抖動方法和去開關(guān)信號抖動方法，分別被用在模擬電路部分設(shè)計和數(shù)字電路設(shè)計中進行去抖動處理。

去模擬信號抖動方法

由于模擬信號的質(zhì)量經(jīng)常是引起抖動的源頭，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的信號分量，在檢測帶內(nèi)就可準確檢測信號的邏輯電平。電路實現(xiàn)一般是用電阻電容或加運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)器對信號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時才能使輸出翻轉(zhuǎn)，而之間過程是保持不變。于是，只要信號抖動范圍小于高低門限電平差，即可保證不發(fā)生抖動。而且，由于上下翻轉(zhuǎn)電平有足夠的差值，輸出上下沿將會陡直，減小了后續(xù)門電路出現(xiàn)沿抖動的可能性。

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

去開關(guān)信號抖動方法

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

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

對于數(shù)字信號處理中(邏輯設(shè)計不合理)產(chǎn)生的抖動， 主要靠優(yōu)化設(shè)計來解決。比如器件選擇、同步設(shè)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際需求有較大裕量的器件，這會使得信號受器件延時等影響造成的抖動大大減小。同步設(shè)計可以有效防止信號變化時出現(xiàn)的不必要的中間過程，一般是把異步設(shè)計的電路改成同步電路，這樣各路信號經(jīng)過幾乎相同的時延，避免了中間過程變化引起的抖動。匹配終端的設(shè)計對于頻率高端信號很有效。