数字电路中△ I噪声的产生和特点

的强度减校但是，输出的上升时间/下降时间太大会降低电路的速度并在扇出门中引起短路电流。所以，在数字设计时只能认真权衡后做出折衷。

2.2△I噪声会发生叠加

数字系统中往往有很多个逻辑门，要对所有逻辑门的工作状态的组合情况进行预测和分析是非常困难的，因而通常考虑最不利的情况，即假设所有的逻辑门在某一固定频率同时向同一方向转换工作状态。由于数字系统中的很多逻辑门一般共用电源，所以当系统中多个逻辑门同时转换工作状态时，它们引起的电流尖峰脉冲将发生叠加，可能引起极强的△I噪声。

假设CMOS电路板上有100个逻辑门，每个逻辑门的负载电容为10pF，转换时间为5ns，则所有负载电容同时充电(最不利的情况)引起的电流峰值为△I=NCL×△V/△t=100×10pF×5V/5ns=1A。

尽管在数字系统中大量的逻辑门同时转换工作状态的可能性较小，但这种可能性确实存在。数字系统的规模越大，这种可能性也越大，一旦出现，引起的后果也越严重。然而，规模越来越大正是数字电路的重要发展趋势之一。

2.3△I噪声是宽带噪声源

△I噪声是持续时间很短的尖脉冲。为分析其频谱，可以将其近似为三角形脉冲。设E为噪声的强度、tr为逻辑门的上升(或下降)时间，则三角形脉冲的频谱可写为:

由式(1)可知，tr越小(短)，频谱越宽。

当逻辑门的上升/下降时间极短(速度很快)时，△I噪声可近似为冲激函数。冲击函数的频谱曲线为平行于频率轴的一条直线。可见，△I噪声是宽带噪声源。

2.4传导骚扰和辐射骚扰

△I噪声的实质是瞬变电流脉冲。据有关研究结论可以推断，△I噪声同时产生传导骚扰和辐射骚扰。传导骚扰主要通过电源线、信号线、接地线等金属导线传播。电子系统中的很多结构和PCB设计都不可避免地构成各种天线，△I噪声会通过这些天线向外辐射电磁波，形成辐射骚扰。

对△I噪声引起的辐射骚扰，主要是短单极天线(长度小于λ/4，λ为波长)模式和小环天线(周长小于λ/4)模式，相对而言后者更重要。

短单极天线在自由空间的辐射电磁场可近似为：

式中,S为天线的面积。

式(2)和式(3)是削弱辐射骚扰的重要理论依据。

由上述分析可得出如下结论：

(1)△I噪声是由数字电路的电路结构和工作过程决定的，恰当的电路设计只能在一定程度上减小(而不可能消除)△I噪声。

(2)△I噪声是数字电路固有的;数字电路中不同单元产生的△I噪声会发生叠加，电路的规模越大，叠加出现的可能性也越大，造成的电流尖峰脉冲越强;△I噪声是宽带噪声源，频谱宽度主要由电路的速度决定，速度越高，频谱范围越宽;△I噪声同时产生传导骚扰和辐射骚扰，电路的速度越高，辐射发射越强。

本文的结论可作为进一步研究△I噪声危害和抑制△I噪声措施的理论参考。