集成电路系统中干扰及其抑制电路故障解析总结计划及排除.doc

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关于用集成电路构成的系统,要使它能在实质使用环境中正常工作,不单电路的设计要正确,使用组件的质量要优秀,线路和装置的布局要合理,还要注意使用环境的好坏程度。我们知道环境中宽泛存在着扰乱,它既可来自系统内部,也可来自系统以外。防备扰乱的举措大概有:合理设计线路和装置的布局,增强电源的去耦滤波,注意电路的般配、障蔽和接
地以及选择抗扰乱能力强的器件等几个方面。,这一节将介绍其他几种抗扰乱的举措。
一、线路和装置的合理部署
在集成电路系统中进行线路和装置的部署时应注意以下几点:
(1)假如一个系统中有两条以上的输入信号线,它们相距不要太近。假如两条信号线靠得
很近,那么一条线上的信号将耦合到相邻线上。当耦合很强时,感觉在相邻线上的电压将变为惹起故障的扰乱信号。
关于数字电路系统,各逻辑线尽量不重要靠时钟脉冲线。
关于需要在电路板上搭接导线的系统,要注意防止导线相互重叠。不要超越元器件上空交织成网,应切近底板在元器件四周走线,长短适合。
关于高增益、弱信号或高频的丈量,应特别注意不要将被测件的输出端凑近输入端,在系统部署时应采纳一字形摆列,免得惹起信号的串扰及寄生振荡。
系统连结线要短捷,防止走平行线和紧扎的双绞线,应分别、交织走线。如有可能尽量凑近地线(底板)走线。布线时先要布短的单线,后布双绞线。电源总线和信号电缆要分开走线。
二、电路的般配
在集成电路系统中,般配也是一个特别重要的问题。假如般配不妥,将惹起系统内部噪声,以致系统工作不正常。
集成电路系统中的般配包含三个方面:一方面是信号源与集成电路被测网络输入端之间的般配;另一方面是被测网络内部级与级之间的般配;还有一方面是被测网络输出与负载之间的般配。
为稳固输出,减小信号源内阻对被测网络的影响,应在被测网络输入端加一个阻抗般配网络,使被测网络与信号源般配,以便从信号源获取最大的激励功率。
在被测网络内部的前级与后级之间,也要考虑在电压、电流及阻抗等方面的般配。关于
数字集成电路系统,主若是考虑电压、电流的适配问题,。关于模拟集成电路,则主若是使前级输出阻抗与后级输入阻抗般配,以使后级以前级获取最
大的传输功率。
测试仪器与被测网络之间的般配,主若是指选择被测网络中低阻抗输出的测试点,以及增大测试仪器的输入阻抗,以降低测试仪器对被测网络的影响。这一点在本节后边还将特意介绍。
此外,在工作速度及频次较高的集成电路系统中,信号长线传输时,假如阻抗不般配,会
产生反射而惹起内部噪声,以致系统工作不正常。一般传输线长与信号波长能够对比较时的传输线称为长线。驱动长线有特意的器件如功率门、集电极开路门以及长线驱动器和长线接收器等。驱动长线的电路只好驱动长线而不可以驱动其他逻辑门和触发器,触发器也不可以直接
驱动长线。长线传输的信号只好送给一个单门(或其他逻辑元件),而不要同时送给几个门。为防备信号在传输中的反射,数字集成电路可采纳图1-20所示的几种般配方式。
图1-19数字集成电路的几种般配方式
图1-1920(a)为串连般配,一般采纳串连电阻
R的值在27
—47之间。阻值太小不起
作用,太大将减小噪声容限,且减缓了信号的传输速度。这种方法与其他三种不一样的是它采纳的是始端般配方式,而其他三种均采纳终端般配方式。
1-19(b)为并联般配,它对噪声容限和信号传输速度基本没有影响,但功耗较大。
1-19(c)采纳电阻电容进行阻抗般配。这种方式不增添功耗且般配成效较好,它要求时
间常数RC比传输信号的宽度t大得多,这将使传输信号的速度略有减慢。
图1-19(d)采纳二极管进行阻抗般配。此中二极管VD1可对超出VCC的反射正脉冲入行箝位;
二极管VD2可对反射负脉冲入行箝位,R为限流电阻。
三、电路的障蔽
障蔽就是采纳金属外壳,造成互不影响的几个空间地区,用以阻挡电场或磁场的相互流传。障蔽是清除或减弱电场或磁场扰乱的有效举措。障蔽的目的,一方面是防止被测电路自己产生的电磁场辐射扰乱其他电路工作;另一方面是为防止其他信号源产生的电磁场扰乱被测电路的工作。
障蔽的资料应依据扰乱场的性质来选择。若扰乱源对系统装置主若是电场扰乱性质,则因为在电场中反射消耗是构成障蔽的主要要素,所以用铜或铝这样的良导体作为障蔽资料较好;若扰乱源对系统装置主若是低频磁场扰乱性质,因为低频磁场中汲取消耗是构成障蔽的主要要素,所以采纳钢一类良导磁体较好;若扰乱源对系统装置是高频磁场扰乱性质,则应当采纳良导体作为磁障蔽资料。
障蔽的成效受障蔽壳体构造的影响较大,障蔽壳体上的空隙或小孔将会大大降低障蔽的成效。实考证明,大批小孔所减弱的障蔽成效要比相同面积大孔所减弱的障蔽成效为小。
在频次较低的集成电路实验中如扰乱不严重时,因电源对沟通可视为地电位,可将电源线与地夹在相邻的输入与输出信号线之间,能起到障蔽作用。但关于高增益及高频电路的输入与输出则要采纳金属障蔽线传输。
应特别指出的是,所有障蔽外壳均应优秀接地,不然不只不可以起到障蔽作用,反而增添扰乱源。
四、电路的接地
接地一般包含双方面的内容,即保护接地和技术接地。
保护接地是指为预防系统设施的金属外壳带有危险的沟通电压而进行的低阻抗接地,其目的在于保证明验人员的人身安全。这种接地是将仪器或设施的外壳与三芯插头中间较粗的
一根相连,因为三芯插座中间较粗的一个已预先接实验室大地,这样当三芯插头插入插座中时,就能够保证仪器或设施的外壳一直处于大地电位,进而防止了触电事故。假如所用仪器或设施无三芯插头,也可用导线将机壳与实验室大地相连。
技术接地是指为保证丈量仪器及实验电路板正常工作所进行的接地。它是集成电路系统中防备扰乱的另一个重要举措。此处的地不过指电路系统、电子丈量仪器及设施的一个公共
参照点(等电位点)。它往常是与机壳直接连在一同或经过一个大电容(有时还并联一个大电阻)与机壳相连。
所以,起码在沟通意义而言,能够把一个丈量装置中的公共联络点,即电路中的地线与仪器设施的机壳看作同义语。正确地设计和连结这种接地址,就能克制外界扰乱。
(a)(b)
图1-20印制板上的地线
在设计电路板时,为了减小印制板上的地线电阻,可采纳双面板构造。其一面为互连导
线,另一面为地线。若是不一样意这样做时,则起码应有较宽大面积的地线。各个电路单元及
单元中的各级电路要就近集中一点接地,而后再按信号传输方向总的接地。设计地线时应避
免构成如图1-20(a)所示的地环路形式,而应当是如图1-20(b)所示的散射形式。
有些工作频次很高的电子丈量仪器,为了减小高频电缆接地电阻,还配有接地专用的花瓣套筒,使用时应注意保证优秀的接地。
进行测试时,假如接地不正确或仪器使用不妥也会惹起扰乱,带来较大的丈量偏差。
下边举例说明。
图1-21(a)是用晶体管毫伏表测电压,因未接地或接地不良惹起电压表过荷的表示图。图
1-21(b)为其等效电路。假如丈量时先未接地(公共点2、4未联接)或接地不良,因被测电路和
电压表对地分别有散布电容C1和C2,在其上就感觉有50Hz的扰乱电压,这样,实质抵达电
压表输入端的电压是被测电压

Ux:与扰乱电压

e1和

e2之和。因为电压表输入阻抗很高,因
此加到它上边的总电压可能很大,会惹起电压表过荷,即便能测其值也有很大偏差。
图1-21接地不良惹起电压表过荷
实验时,假如将测试仪器的输入端和地线反接在被测电路上,也会出现与上述近似的
50Hz扰乱现象,使测试数据禁止,波形不稳固。
相同,因人体在实验室电网电场中会感觉较大的50Hz扰乱电压,假如这时我们用手去触摸晶体管毫伏表、超高频毫伏表等仪器及凑近装置的输入端,会看到指针偏转,小量程时甚
至造成仪器过荷,这样轻则打碎表头指针,严重时会破坏仪器。
所以,实验时要注意防止这种状况。关于高敏捷度、高输入阻抗的电子丈量仪器,一定先接好地线再进行丈量,丈量结束时,应先去掉高电位端而后再去掉地线,免得破坏仪器或降低仪器的精度。
五、仪器输入阻抗对丈量精度的影响
电子技术实验中,仪器输入阻抗对被测电路的分流作用,对丈量精度及被测电路的工作状态有明显的影响。一般状况下,若丈量仪器欲与被测电路并联连结时,为减小输入阻抗的影
响,要求仪器输入电阻要大;而当丈量仪器串接于电路中时,则要求仪器的输入电阻要小。作为被测网络激励信号源的信号发生器一类的仪器,因要求为电压源,固然它们也与被测电路并接,其内阻倒是越小越好。
除丈量电流的仪器外,一般我们所用的测试仪器都是并接在被测电路中的,此时为减小
它们对被测电路的影响,都要求增大输入电阻,减小输入电容。如示波器10:1的探头,输
入电阻达10M,输入电容为15pF,但其实不是所有的测试仪器都有此可能。减小仪器输入阻抗对被测电路影响的另一有效方法是,正确设置测试点。测试点原则上应设置在电路低阻抗端。
为减小测试偏差,还宽泛采纳串接小电容、降压电阻;在电路的输出端加入高输入阻抗的射随器;部分接入谐振回路;利用耦合线圈接入被测电路等举措。
此外,在使用丈量仪器设施时,要注意它们对输入、输出电缆的阻抗、尺寸、接头形状或规格等的特意要求,进而减小仪器输入阻抗对被测电路的影响,提升丈量的精度。
六、电路故障的剖析与清除
当一个电路设计达成后,就需要经过安装和调试来考证所设计电路的功能能否知足要求。
关于使用集成块较少的电路,实现预期目的较简单做到。,希望一次通电实现电路的所有功能则是不简单的。假如经过实验发现一个电路不可以按设计的要求运转,达不到预期的目的,这个电路明显存在着故障。怎样查找和清除可参照以下步骤:
第一步:第一检查电路设计能否正确,再检查所采纳的器件能否合理以及电路中各器件在电平、时间等要素上能否相当。
第二步:在断电的状况下先进行以下检查:
1、检查安装状况。第一检查电源线与地线能否接到每个集成块。接线多时,可能漏接一
个或几个集成电路的电源线或地线,以致集成电路不可以正常工作,也可能将器件的电源线和地线接反,造成器件的破坏。
2、检查其他布线能否正确
要点检查相邻导线能否相连在一同,这会发生桥接线故障,使数字电路的逻辑杂乱,甚至可能使集成电路输出管烧毁。
注意有无漏接与错接现象。
数字集成电路中对剩余的输入端没有办理而使输入端悬空也会引入扰乱。所以在实验
中对不用的输入端必定要适合办理,办理的方法可参阅§。
3、检查集成块引脚能否插错。集成电路外形是对称的,如没有对正方向就插入底板,会
造成引出脚序次颠倒的状况。特别是电源脚插错,经常使电路内部过热而破坏。
4、检查器件地点能否插错。集成电路外形相像,假如不认真鉴别其标志型号,就有可能
将集成电路相互插错地点。这不单会以致电路故障,甚至会破坏集成电路。
5、电路的欧姆检查。用数字万用表欧姆挡检查印制板上的线路和电路中的布线有无开路现象,以及集成块与插座之间、导线与插孔之间有无接触不良现象。
6、。假如有任何一点没注意
到,都可能以致电路故障。
7、检查电路能否存在
,如电源耦合、长线传输、接地不
正确等,这些都会使电路工作不正常,应采纳相应举措加以克制。
第三步:当上述检查无误后,接通电路电源,如电路及各器件无异样发热等现象,可进
行带电检查。最常用的方法是依据电路的电路图或逻辑框图,从输人到输出,或从输出到输
入进行故障点的追踪测试。
关于一个集成电路系统,电路的故障可分为静态故障和动向故障两类。静态故障是指加
上电源电压后,在不加沟通测试信号的状况下,电路的某个部分或某一点出现的不变的错误。
这种故障主若是因为接线错误、器件插错、电源故障、器件内部故障等惹起的。一般这种故
障易于查找和清除。动向故障是指加上沟通测试信号以后出现的错误输出,如自激、信号串
扰、电源耦合、接触不良,竞争冒险等,这种故障难以发现且查找困难。依据这两类故障及
实质电路的特色,在这一步的检查测试过程中可采纳下边的静态和动向测试方法。
静态测试是只研究电路的各样静态和稳态状况,
不去管各样状态间变换的过渡过程状况。
关于模拟集成电路,此时不加沟通测试信号;关于数字集成电路,其输人信号多采纳逻辑电
平或单脉冲等。测试工具则多采纳万用表、示波器
(DC输入挡)、LED电平显示器、逻辑测试
笔等。
测试时第一用万用表
DCV档在集成块的管脚上丈量各脚的静态直流电压,判断能否正
常。假如无电源电压,检查电源线能否接上。假如有电源电压而其他脚电压不对,在清除外
围电路故障的状况下可考虑是集成块内部故障,改换集成块再测。
关于数字集成电路,管脚电压正确后,可加入逻辑电平,此时假如输入或输出被固定在
一个逻辑状态(“0”或“1”),则有可能是集成电路内部故障,需要改换集成块。关于有多个
相同输入端的器件,在检查故障时,也可调动此外的输入端试用。
假如输出逻辑模糊
(即输出
电平不高不低),一般是负载过重或器件性能不好,或未接地等。关于
TTL电路,假如两输出
状态不一样的输出端短路时也会出现此种状况。
静态测试达成后,可进行动向测试。动向测试是指在研究电路的静态和各样稳态状况的同时,又察看输出对输人沟通激励信号的响应以及各样状态间变换的过渡过程状况。此时关于模拟集成电路要加上沟通输入信号,关于数字集成电路,输入信号多采纳连续脉冲或某种周期性变化的逻辑信号。测试工具则多采纳多踪示波器,沟通电压表,逻辑剖析仪等。
进行动向测试时可先检查输入信号能否加在了集成块的输入端,假如输入端有信号,而输出信号时有时无、无稳固的输出,多为导线或集成块接触不良。假如有输出信号,可依据输出信号的波形和幅度判断其能否正确。
关于含有触发器的时序逻辑电路,还应充分注意以下几点:
(1)检查触发器预置、清零端能否有效。可先从触发器的功能表或电路图中弄清楚什么电平能使触发器预置和清零,而后将预置或清零端瞬时接人这个电平,检查其工作能否正常。
(2)检查触发器的输入时钟脉冲能否正确。此时不单要检查能否有波形,还一定查明所显示波形的高、低电平以及波形的幅度、周期等能否切合要求。
(3)检查触发器的输入能否先于时钟脉冲给出,而输出则应在时钟脉冲输入以后。
(4)关于含有反应线的电路,可想法断开反应线进行检查,必需时对断开的电路进行状态
预置后,再进行检查。
此外,在数字逻辑电路中,竞争和冒险也是惹起故障的原由之一。竞争使得输出产生各种不该有的扰乱脉冲,有可能使触发器错误翻转,计数器错误计数。所以,当发现电路不可以正常工作时,应经过对各点波形的认真察看和对电路的剖析,找寻有无因竞争而产生的毛刺。一旦发现,可采纳本书第四章所介绍的方法加以除去。
在进行故障检测时,应注意以下几点:
在电源接通时,决不要挪动或插人集成电路,因为由此可能产生的瞬态冲击电压或电流会造成集成电路永远性的破坏。
在电源断开时,不要加测试信号。
当集成电路加有几组直流工作电压时,不行任意断开此中部分电压来做测试。
应在实质的集成电路插脚上检查电压,而不是在印制板线路上检查,不然,就有可能检查不到集成电路与插座接触不良的故障。
(5)在检测集成电路上的电压或信号时,应防止造成相邻引脚之间的短路。因为有些集成电路的相邻引脚一经短路即可能破坏器件或损害其内电路。
总之,关于不一样种类的集成电路,应依据各自电路的特色进行检测,找到故障,加以清除,使集成电路系统正常工作。
总结:操作规范、检查认真;熟****注意事项、电路运转不超出极限参数;仔细工作、以电路工作原理和抗扰乱原理指导查错排故。