Синхронные цифровые устройства

Здравствуйте, помогите, пожалуйста, ответить на несколько вопросов про синхронные цифровые устройства.

1. Почему в сложных синхронных цифровых устройствах наблюдаются скачки тока потребления по цепи питания?
2. Каким образом скачки влияют на помехоустойчивость?
3. Предложите пути как с этим бороться?

Предположил, что скачки возникают в результате того, что токи логических "1" и "0" неодинаковы (один из источников утверждает, что для "1" - -0.1мА, для "0" - ~8мА). И иногда возникают ситуации, когда в одном такте "нулей" становится значительно больше.
Насчет помехоустойчивости думаю, что очевидно влияют отрицательно, однако почему, затрудняюсь ответить.
Относительно путей борьбы вообще нет идей.

0

Сообщение от Maksim45554 1. Почему в сложных синхронных цифровых устройствах наблюдаются скачки тока потребления по цепи питания?

Потому что в любой физической цепи, в том числе в транзисторах, есть паразитные ёмкости. При переключении из одного уровня напряжения в другой возникает бросок тока перезаряда этих ёмкостей.

Сообщение от Maksim45554 2. Каким образом скачки влияют на помехоустойчивость?

Выходное сопротивление источника питания и сопротивление "земли" не нулевое, поэтому броски тока потребления при переключении (см. ответ на п. 1) вызывают короткие выбросы напряжения на линиях питания и в точках "земли" в разных точках схемы. Часто эти выбросы называют "иголки", "пички" или "помехи" по питанию. А так как все элементы схемы от этого питания и питаются, то эти "иголки" наблюдаются и на сигнальных линиях. А так как у логических элементов есть вполне определённый порог срабатывания (у КМОП, например, это примерно половина напряжения питания), то наличие "иголок" на сигнальных линиях, превышающих порог, "дёргание" порога при выбросах или просадках напряжения питания, приводит к ложным срабатываниям. В синхронных схемах ложные срабатывания ещё и запоминаются до следующего такта, поэтому для синхронных схем такие ложные срабатывания даже более опасны, чем просто для логических.

Сообщение от Maksim45554 3. Предложите пути как с этим бороться?

Это целая область знаний в электронике, называется sygnal integrity - обеспечение "целостности сигналов". Основное, что лежит на поверхности, - зная источник и приёмник помехи, логично минимизировать уровень "иголок" на линиях питания и по возможности увеличивать пороги срабатывания логических элементов. Наиболее простой и распространённый (но далеко не единственный) способ убирания "грязи" по питанию - шунтирование линий питания ёмкостями, расположенными максимально близко к выводам питания и "корпуса" микросхем. Помехозащищённость по входам и минимизация уровня помех при переключении выходов - эта задача решается при проектировании микросхем.
Конечно существует ещё масса приёмов и способов обеспечения помехоустойчивости схем и аппаратуры в целом. В сети про это информация есть.

1

i8085, Благодарю за развернутый ответ!

0