Podręcznik

2.3. Zakłócenia i ich tłumienie

Drugim ważnym wymaganiem jest zdolność bramek do tłumienia zakłóceń. Skąd się biorą zakłócenia? Zakłócenia w układach cyfrowych mają zwykle charakter impulsów nakładających się na prawidłowy poziom napięcia reprezentujący „0” lub „1”. Impulsy takie mogą pochodzić z kilku źródeł:

• pasożytnicze sprzężenia pomiędzy połączeniami (pojemnościowe, indukcyjne),
• sprzężenia poprzez wspólne zasilanie,
• zewnętrzne pola elektromagnetyczne,
• promieniowanie jonizujące.

Wpływ sprzężenia między połączeniami ilustruje symbolicznie rysunek 2-2. Jeśli na jednej z dwóch położonych blisko siebie ścieżek pojawia się skokowa zmiana stanu logicznego, to na drugiej pojawia się krótki impuls wynikający z istnienia pojemności pomiędzy tymi ścieżkami (indukcyjność wzajemna też istnieje, ale ma zwykle drugorzędne znaczenie).

Rysunek 2 3. Zakłócenie wywołane sprzężeniem pojemnościowym: zmiana napięcia na ścieżce A indukuje impuls w ścieżce B

Sprzężenie poprzez wspólne zasilanie jest wywołane skończoną, niezerową rezystancją połączeń między blokami logicznymi, a ich zasilaniem. Jak zobaczymy dalej, bramki CMOS pobierają prąd w postaci krótkich, stromych impulsów. Rysunek 2-3 pokazuje, jak pobór prądu o takim charakterze wywołuje powstawanie i przenikanie zakłóceń impulsowych. Impuls prądu I_A  pobieranego przez blok logiczny A związany jest ze spadkiem napięcia na rezystancjach R1 i R2, i co za tym idzie wywołuje chwilowe zmniejszenie napięcia zasilającego V. Ten spadek napięcia o charakterze krótkiego impulsu jest widoczny nie tylko dla bloku A, ale i dla bloku B, ponieważ ich napięcie zasilania V jest wspólne.

Rysunek 2 2. Zakłócenie wywołane chwilowym spadkiem napięcia zasilania spowodowanym impulsowym poborem prądu

Zewnętrzne pola elektromagnetyczne mogą indukować zakłócenia w układach, ale ich wpływ na działanie układów cyfrowych na ogół nie jest zauważalny, chyba że są to bardzo silne pola. 

Promieniowanie jonizujące wywołuje w półprzewodniku generację par elektron-dziura, co powoduje przepływ impulsów zwiększonego prądu wstecznego w spolaryzowanych zaporowo złączach p-n, np. złączach źródeł i drenów tranzystorów. Może to zakłócać przede wszystkim działanie układów zwanych dynamicznymi, w których informacja jest reprezentowana przez ładunek zgromadzony w pojemności (o takich układach będzie mowa dalej).

Nawet najstaranniejsze zaprojektowanie i wykonanie układu oraz prawidłowa jego eksploatacja nie umożliwiają całkowitej eliminacji zakłóceń, toteż zdolność do tłumienia zakłóceń jest równie ważną cechą bramek logicznych, jak zdolność do regeneracji poziomów logicznych.