CN108919079B - 一种cmos反相器电磁抗扰度的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，其中，采用的监测电路主要由反相器，比较器，异或门，乘法器，计数器，显示器等组成。本发明是参照通信系统误码检测的方法，采用较为直观的统计监测手段，将有电磁干扰的反相器输出信号和没有电磁干扰的反相器输出信号作为异或门的两个输入端，如果两个信号的电平值不同，异或门的输出就会是高电平，记录且显示异或门输出的高电平数。本方法能够实时、定量的得到在一定的电磁干扰下反相器是否异常工作及异常工作的程度。

Description

一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法

技术领域

本发明涉及电磁干扰技术领域，具体涉及一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法。

背景技术

集成电路工作异常的监测方法很多，如输出信号电压限值和延时限值，被测电路电流损耗，输出电流的频谱形状或传播延时等，在同一个实验中监测几个准则非常复杂。对于反相器，最重要的准则就是随时间而变的电压电平。由于制造工艺的发展，使得每平方毫米内的晶体管密度逐渐增大，I/O电压以及核电压逐渐降低，这意味着在同样的电磁环境下，工艺尺寸越小的芯片噪声容限越低，将越容易受到骚扰，也即电磁环境抗干扰性将越来越差。电磁干扰可以严重影响电子系统的工作并且可能导致系统的崩溃。关于MOS器件敏感度的分析最早发表于1980年，但大部分的研究都是将重点放在测试方法和提升器件抗扰度上，在器件异常工作的监测方法上研究比较少。Nitsch D报道了晶体管-晶体管逻辑电路(TTL)和CMOS反相器对高功率微波和超宽带脉冲干扰敏感度的实验研究,指出被测设备越复杂,所需的干扰电平越低,并且在10类不同的反相器中,兼容TTL的高性能CMOS(ACT)反相器对电磁干扰最为敏感。

Bona C等为分析计算MOS型功率晶体管对射频干扰的电磁敏感度，研究并建立了晶体管的分布参数模型，与实测数据的对比结果表明，该模型相比于现有的集总参数模型，其适用频率范围更宽、建模精度更高。IEC62132中规定集成电路异常工作的状态有五个阶段，第一阶段为正常工作阶段；第二阶段为功能部分失效，去除干扰后，能恢复正常；第三阶段为功能全部失效阶段，去除干扰后能恢复正常；第四阶段也为功能全部失效阶段，但去除干扰后不能恢复正常，重启后正常；第五阶段为芯片损坏阶段，去除干扰和重启后都不能恢复正常。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中没有直观地监测被电磁干扰后反相器异常工作的方法，提供一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，监测电路包括：CMOS反相器、电压比较器、异或门、计数器、显示器。CMOS反相器分别与原信号和被电磁干扰的信号连接，本方法对CMOS反相器被电磁干扰后的信号进行监测。电压比较器将受电磁干扰的经反相器作用的输出的信号和设定的电平阈值进行比较，用来监测反相器是否异常工作。异或门将信号源输出的经反相的信号和受干扰的经比较器输出的信号进行异或运算，异或门输出高电平时,说明两个反相器输出信号不一样，受干扰的反相器工作异常。通过计数器记录异或门输出高电平的个数，由显示器实时且直观检测反相器的异常工作状态。所述的计数器可以采用MAX912、MAX913、TL3016等高速比较器。所述的显示器可以采用VGA显示器。

所述的电磁抗干扰度监测方法包括：

步骤S1、信号源输出高低电平信号后分两路处理，其中一路经第一反相器作用输出的第一反相信号，另一路经干扰源对原信号干扰后再经第二反相器作用输出信号的第二反相信号；本方法可以把输入为高电平和低电平的情况分开讨论，将反相器输出信号分两路进行处理，两路处理方式能分别检测出其输入高电平和低电平异常工作的状态；

步骤S2、第二反相信号输出到比较器，比较器将输入端信号和已设定的比较电平阈值进行比较：比较器1的比较电平设为VOHmin，若输出低于VOHmin，即为低电平，反相器异常工作。对于第一路，若输入端信号为高电平，正确应输出低电平，即小于VOLmax，若此时输出电压在VOLmax—VOHmin之间，不能监测其是否错误，但如果大于VOHmin，则能监测其错误。第二路输出信号用户主要用来分析反相器输入端信号为低电平的状态。比较器2的比较电平设为VOLmax，若输出高于VOLmax，即为高电平，反相器异常工作。对于第二路，若输入端信号为低电平，正确应输出高电平，即大于VOHmin，若此时输出电压在VOLmax—VOHmin之间，不能检测其是否错误，但如果小于VOLmax，则能监测其错误。第一路能监测到输入低电平输出错误的所有区域；输入高电平，输出错误中大于VOHmin的区域。第二路能检测到输入高电平，输出错误的所有区域；输入低电平，输出错误小于VOLmax的区域。两路同时工作能检测到反相器异常工作输出电平的所有区域；

步骤S3、异或门1和异或门2分别将比较器1和比较器2的输出信号与第一反相信号进行异或，异或门的输出状态可反映受干扰的反相器是否异常工作；

步骤S4、在高速时钟脉冲作用下，乘法器1和乘法器2分别对异或门1和异或门2的输出信号进行采样；由计数器记录乘法器中输出的高电平的个数；计数器的计数结果通过显示器显示，可以实时且直观的分析反相器的异常工作情况。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本方法通过显示器能够实时地观看和进行定量地分析反相器的异常工作的情况。

2、本方法将原信号与被电磁干扰过的信号进行异或再输出，然后对输出的信号进行高速采样，记录被电磁干扰过的反相器的异常工作状态，能够很好的抓取到很多示波器等设备无法观测得到的瞬时状态。

附图说明

图1是本发明中公开的CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法的原理图；

图2是本发明中公开的CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法采用的监测电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，具体工作流程如下：信号源的输出信号为交互的高低电平，将信号分两路处理，一路输入到反相器1，输出第一反相信号，另一路经干扰源对原信号干扰后输入到反相器2，输出第二反相信号。本方法可以把输入为高电平和低电平的情况分开讨论，两路处理方式能分别检测出其输入高电平和低电平异常工作的状态。电压比较器1和电压比较器2为单限比较器，比较电平分别为VOHmin和VOLmax，用于将模拟信号转换为数字信号。受电磁干扰的经反相器作用后输出信号，输入比较器，变为取值为+5v和0v的数字信号。将第二反相信号分两路分别输入到电压比较器1和电压比较器2中，分别和已设定的比较电平阈值比较，第一路能监测到输入低电平输出错误的所有区域；输入高电平，输出错误中大于VOHmin的区域。第二路能检测到输入高电平，输出错误的所有区域；输入低电平，输出错误小于VOLmax的区域。两路同时工作能检测到反相器异常工作输出电平的所有区域。将比较器1和比较器2的输出信号一起输入异或门1和异或门2，和第一反相信号进行异或，如果有不一样的电平情况，异或门会输出高电平，反相器异常。在高频时钟脉冲作用下，乘法器1和乘法器2对分别对异或门1和异或门2输出的高电平采样，通过计数器得到采样信号中的高电平数；将计数器记录到的高电平数通过显示器显示，可以直观且实时观测到反相器的异常工作状态。电压比较器可以选用MAX912、MAX913、TL3016等，计数器可以通过多片同步十进制加法计数器74160接成多位十进制计数器。通过调整高速时钟的频率可以改变采样的速度，频率越高，精度越高。监测电路也可以通过FPGA，DSP等器件来实现，先把有干扰的反相器输出信号由A/D模块转换成编码的数字信号，分别与编码的电平阈值VOHmin和VOLmax比较，然后进行后续处理即可。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，其特征在于，所述的检测方法包括下列步骤：

S1、信号源输出高低电平信号后分两路处理，其中一路经第一反相器作用输出信号的第一反相信号，另一路经干扰源对原信号干扰后再经过第二反相器作用输出信号的第二反相信号；

S2、第二反相信号分为两路信号分别输出到比较器1和比较器2，比较器1和比较器2将输入端信号和已设定的比较电平阈值进行比较：比较器1的比较电平设为VOHmin，若输出低于VOHmin，即为低电平，反相器异常工作，对于第一路，若输入端信号为高电平，正确应输出低电平，即小于VOLmax，若此时输出电压在VOLmax—VOHmin之间，不能监测其是否错误，但如果大于VOHmin，则能监测其错误；

比较器2的比较电平设为VOLmax，若输出高于VOLmax，即为高电平，反相器异常工作，对于第二路，若输入端信号为低电平，正确应输出高电平，即大于VOHmin，若此时输出电压在VOLmax—VOHmin之间，不能监测其是否错误，但如果小于VOLmax，则能监测其错误；

两路信号中，一路能监测到输入低电平输出错误的所有区域，输入高电平，输出错误中大于VOHmin的区域；另一路能监测到输入高电平，输出错误的所有区域，输入低电平，输出错误小于VOLmax的区域；两路同时工作能监测到反相器异常工作输出电平的所有区域；

S3、异或门1和异或门2分别将比较器1和比较器2的输出信号与第一反相信号异或，异或门1和异或门2的输出状态用于反映受干扰的反相器是否异常工作；

S4、在高速时钟脉冲作用下，乘法器1和乘法器2分别对异或门1和异或门2的输出信号进行采样；由计数器记录乘法器输出的高电平的个数；计数器的计数结果通过显示器显示。

2.根据权利要求1所述的一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，其特征在于，所述的电压比较器采用MAX912、MAX913或TL3016高速比较器。

3.根据权利要求1所述的一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，其特征在于，所述的计数器采用同步十进制加法计数器74160。

4.根据权利要求1所述的一种CMOS反相器电磁抗扰度的监测方法，其特征在于，所述的显示器采用VGA显示器。