CN1848685A - 一种毛刺消除装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毛刺消除装置，包括翻转跟随电路和翻转控制电路。本发明还公开了一种毛刺消除方法，包括：翻转跟随电路在翻转输出电平翻转后自动关闭翻转使能；在翻转控制电路的控制下，延迟预定时间，开启翻转跟随电路的翻转使能。根据本发明，可有效地消除输入信号翻转变化时上升沿和下降沿上的任何信号毛刺、以及信号翻转后一段时间内出现的任何信号毛刺，而且消除毛刺后的信号能够同步跟随输入信号的变化，即消刺后的输出信号相对于输入信号的延迟时间固定不变。

Description

一种毛刺消除装置和方法

技术领域

本发明涉及一种数字电路技术，尤其涉及一种毛刺消除装置和方法。

背景技术

在任何数字电路设计中，信号的正确性都是非常重要的，当信号中存在毛刺时，往往造成电路的误触发和误采样，导致整个电路系统的运行错误。

尽管信号毛刺产生的原因很多，例如，信号间干扰、阻抗不匹配、信号反射、逻辑竞争和冒险等都可能产生毛刺，但这些毛刺多产生于上升沿和下降沿过程中。

在数字电路特别是高速数字电路设计中，如何消除信号毛刺是一个需要重点解决的问题。在现有技术中，有以下几种消除毛刺的方法，下面分别对它们进行简单描述。

1.利用冗余项消除毛刺。在该项技术中，函数式和真值表所描述的是静态逻辑，而竞争则是从一种稳态到另一种稳态的过程，因此竞争是动态过程，它发生在输入变量变化时。这样，可通过修改卡诺图、增加多余项，如在卡诺图的两圆相切处增加一个圆，来消除逻辑冒险，从而消除毛刺。

然而，在该项技术中，毛刺信号及其消除在组合逻辑电路中，信号要经过一系列的门电路和信号变换。当因延迟的作用使得输入信号发生变化时，其输出信号不能同步地跟随输入信号变化，而是经过一段过渡时间后才能达到原先所期望的状态。这时会产生小的寄生毛刺信号，使电路产生瞬间的错误输出，造成逻辑功能的瞬时紊乱。并且该项技术对于计数器型产生的毛刺是无法消除的。

2.取样法。在该方法中，由于冒险出现在变量发生变化的时刻，需要待信号稳定之后加入取样脉冲，这时在取样脉冲作用期间输出的信号为有效状态，从而获得不受毛刺影响的输出波形。

然而，由于采样频率与信号变化频率的不一致，经过采样脉冲的采样后，信号存在延迟，且延迟时间是动态变化的。如果是时钟信号，则经过采样后时钟频率将动态变化，不能保持原来的稳定频率，因此，很难保证取样脉冲作用在输出信号的稳定期间，从而使输出波形常常受到毛刺的影响。

3.吸收法。该方法是通过增加输出滤波，在输出端接上小电容C来消除滤除毛刺。

然而，该方法可使输出波形的前后沿变坏，在对波形要求较严格时，还要再加整形电路。而且该方法不宜在中间级使用。

4.利用施密特触发器消除信号毛刺。

本方法的缺陷是：若毛刺信号的幅度超过迟滞范围，施密特触发器的输出信号仍然有毛刺存在。

综上所述，在现有消毛刺的技术中，上述各种方法还存在着很大的局限性。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种毛刺消除装置和方法，能够有效消除数字信号在电平翻转的上升沿和下降沿、以及电平翻转后一段时间内出现的信号毛刺。

本发明提供了一种毛刺消除装置，包括翻转跟随电路和翻转控制电路；所述翻转跟随电路在输出信号电平翻转后自动关闭翻转使能；所述翻转控制电路以本地时钟频率采样翻转跟随电路的输出信号，并根据采样结果，判断翻转跟随电路输出信号电平的翻转后，延迟预定时间，开启翻转跟随电路的翻转使能。

所述的翻转跟随电路和所述的翻转控制电路使用逻辑电路。

本发明还提供了一种毛刺消除方法，包括：

A、翻转跟随电路在翻转输出电平翻转后自动关闭翻转使能；

B、在翻转控制电路的控制下，延迟预定时间，开启翻转跟随电路的翻转使能。

所述步骤B进一步包括：

B1、翻转控制电路以本地时钟频率采样翻转跟随电路的输出信号；

B2、根据采样结果判断翻转跟随电路输出信号电平是否翻转，若翻转，则保持翻转后的输出电平延迟预定时间后，开启翻转跟随电路的翻转使能，否则，执行步骤B1。

所述延迟预定时间为延迟至少预定个数本地时钟周期。

所述预定个数为大于0的整数。

所述本地时钟周期还要满足下列关系：

(n+1)t_clk+t_su＜T_in

其中，n是整数，且≥0；t_clk是本地时钟周期；t_su是翻转跟随电路的最小输入信号建立时间；T_in是输入信号的最小脉宽。

根据本发明，在翻转控制电路的控制下，当翻转跟随电路的输出电平翻转后，通过使翻转跟随电路延迟预定时间才能响应输入信号的变化。有效地消除了数字信号翻转变化时上升沿和下降沿上的任何信号毛刺、以及信号翻转后一段时间内出现的任何信号毛刺，而且消除毛刺后的信号能够同步跟随输入信号的变化，即消刺后的输出信号相对于输入信号的延迟时间固定不变。

附图说明

图1示出了本发明的消除毛刺装置的示意图；

图2示出了根据本发明的输入信号、消刺后的输出信号、本地时钟的时序关系图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。

如图1所示，本发明的毛刺消除装置包括翻转跟随电路和翻转控制电路。

翻转跟随电路在输出电平翻转后，自动关闭翻转使能，等待翻转控制电路给出一个允许翻转信号后，才能开启翻转使能，再次响应输入信号的翻转变化。

翻转控制电路以本地时钟频率采样翻转跟随电路的输出信号，在采样检测到输出信号发生翻转后，在n(n≥0)个本地时钟周期后，向翻转跟随电路发出允许翻转信号。

根据本发明，优选地，本发明的翻转跟随电路和翻转控制电路使用逻辑电路实现，更优选地，本发明的翻转跟随电路和翻转控制电路都是在可编程逻辑电路中实现的，因此，本发明易于实现，且成体较低。

下面描述根据本发明的清除毛刺的方法。

当输入信号处于稳态时，翻转跟随电路的输出信号与输入信号保持相同的电平。

当带有毛刺的输入信号使翻转跟随电路的输出电平翻转时，第一个达到翻转门限的上升或下降沿将触发翻转跟随电路完成电平翻转。翻转跟随电路自动关闭使能，这时翻转控制电路检测到翻转跟随电路的输出信号电平翻转后，延迟n个本地时钟周期后，向翻转跟随电路发出允许翻转信号，从而使翻转跟随电路在翻转后的n～(n+1)个本地时钟周期的时间内不能再次翻转，因此，本发明能够完全消除输入信号的电平翻转期间，以及翻转后的n～(n+1)个本地时钟周期时间内的信号毛刺。

本地时钟周期、输入信号的最小脉宽和翻转跟随电路的最小输入信号建立时间之间有如下关系：

(n+1)t_clk+t_su＜T_in

其中，n是整数，且n≥0；t_clk是本地时钟周期；T_in是输入信号的最小脉宽；t_su是翻转跟随电路的最小输入信号建立时间，由实际实现电路中的器件速度决定。

由上式可看出，((n+1)t_clk+t_su)的值与T_in越接近，相对输入信号的最小脉宽而言，信号翻转后至下一次翻转期间能够消刺的时间段就越长。

为了有效地消除毛刺和控制输出信号电平的翻转，本地时钟频率与输入信号的最小脉宽的频率也要满足一定关系。即本地时钟的频率至少是输入信号的最小脉宽频率的2倍，根据本发明，优选地，至少为5倍。

图2示出了输入信号，消刺后的输出信号，本地时钟的时序关系。

如图2所示，输出信号相对于输入信号的延迟时间是固定的，对于上升沿，延迟时间是t1；对于下降沿，延迟时间是t2。t1和t2的具体数值，由实际实现电路中的器件速度决定。由于输出信号的延时是固定的，所以输出信号相对于输入信号无损伤。

当输出信号因输入信号第一个脉冲的上升沿的毛刺经过t1时间后变为高电平后，关闭翻转使能，这时翻转控制电路在本地时钟的上升沿(也可以是本地时钟下降沿、高电平或低电平)处检测到翻转跟随电路的输出信号的电平发生翻转，按照预定的延迟时间，如延迟1个时钟周期，向翻转跟随电路发出允许翻转信号。从而使翻转跟随电路在1至2个时钟周期内保持了翻转后的电平，从而避开了输入信号中毛刺的影响。

因此，通过本发明的毛刺消除装置和方法，可有效地消除信号的毛刺问题，便于实现，且成本较低。

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种毛刺消除装置，其特征在于，包括翻转跟随电路和翻转控制电路；

所述翻转跟随电路在输出信号电平翻转后自动关闭翻转使能；

所述翻转控制电路以本地时钟频率采样翻转跟随电路的输出信号，并根据采样结果，判断翻转跟随电路输出信号电平的翻转后，延迟预定时间，开启翻转跟随电路的翻转使能。

2.根据权利要求1所述毛刺消除装置，其特征在于，所述的翻转跟随电路和所述的翻转控制电路使用逻辑电路。

3.一种毛刺消除方法，其特征在于，包括：

A、翻转跟随电路在翻转输出电平翻转后自动关闭翻转使能；

B、在翻转控制电路的控制下，延迟预定时间，开启翻转跟随电路的翻转使能。

4、根据权利要求3所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括：

B1、翻转控制电路以本地时钟频率采样翻转跟随电路的输出信号；

B2、根据采样结果判断翻转跟随电路输出信号电平是否翻转，若翻转，则保持翻转后的输出电平延迟预定时间后，开启翻转跟随电路的翻转使能，否则，执行步骤B1。

5、根据权利要求3或4所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述延迟预定时间为延迟至少预定个数本地时钟周期。

6、根据权利要求5所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述预定个数为大于0的整数。

7、根据权利要求5所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述本地时钟周期还要满足下列关系：

(n+1)t_clk+t_su＜T_in

其中，n是整数，且≥0；t_clk是本地时钟周期；t_su是翻转跟随电路的最小输入信号建立时间；T_in是输入信号的最小脉宽。

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