專利名稱：一種毛刺消除裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字電路技術，尤其涉及一種毛刺消除裝置和方法。
背景技術：
在任何數(shù)字電路設計中，信號的正確性都是非常重要的，當信號中存在毛刺時，往往造成電路的誤觸發(fā)和誤采樣，導致整個電路系統(tǒng)的運行錯誤。
盡管信號毛刺產(chǎn)生的原因很多，例如，信號間干擾、阻抗不匹配、信號反射、邏輯競爭和冒險等都可能產(chǎn)生毛刺，但這些毛刺多產(chǎn)生于上升沿和下降沿過程中。
在數(shù)字電路特別是高速數(shù)字電路設計中，如何消除信號毛刺是一個需要重點解決的問題。在現(xiàn)有技術中，有以下幾種消除毛刺的方法，下面分別對它們進行簡單描述。
1.利用冗余項消除毛刺。在該項技術中，函數(shù)式和真值表所描述的是靜態(tài)邏輯，而競爭則是從一種穩(wěn)態(tài)到另一種穩(wěn)態(tài)的過程，因此競爭是動態(tài)過程，它發(fā)生在輸入變量變化時。這樣，可通過修改卡諾圖、增加多余項，如在卡諾圖的兩圓相切處增加一個圓，來消除邏輯冒險，從而消除毛刺。
然而，在該項技術中，毛刺信號及其消除在組合邏輯電路中，信號要經(jīng)過一系列的門電路和信號變換。當因延遲的作用使得輸入信號發(fā)生變化時，其輸出信號不能同步地跟隨輸入信號變化，而是經(jīng)過一段過渡時間后才能達到原先所期望的狀態(tài)。這時會產(chǎn)生小的寄生毛刺信號，使電路產(chǎn)生瞬間的錯誤輸出，造成邏輯功能的瞬時紊亂。并且該項技術對于計數(shù)器型產(chǎn)生的毛刺是無法消除的。
2.取樣法。在該方法中，由于冒險出現(xiàn)在變量發(fā)生變化的時刻，需要待信號穩(wěn)定之后加入取樣脈沖，這時在取樣脈沖作用期間輸出的信號為有效狀態(tài)，從而獲得不受毛刺影響的輸出波形。
然而，由于采樣頻率與信號變化頻率的不一致，經(jīng)過采樣脈沖的采樣后，信號存在延遲，且延遲時間是動態(tài)變化的。如果是時鐘信號，則經(jīng)過采樣后時鐘頻率將動態(tài)變化，不能保持原來的穩(wěn)定頻率，因此，很難保證取樣脈沖作用在輸出信號的穩(wěn)定期間，從而使輸出波形常常受到毛刺的影響。
3.吸收法。該方法是通過增加輸出濾波，在輸出端接上小電容C來消除濾除毛刺。
然而，該方法可使輸出波形的前后沿變壞，在對波形要求較嚴格時，還要再加整形電路。而且該方法不宜在中間級使用。
4.利用施密特觸發(fā)器消除信號毛刺。
本方法的缺陷是若毛刺信號的幅度超過遲滯范圍，施密特觸發(fā)器的輸出信號仍然有毛刺存在。
綜上所述，在現(xiàn)有消毛刺的技術中，上述各種方法還存在著很大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種毛刺消除裝置和方法，能夠有效消除數(shù)字信號在電平翻轉(zhuǎn)的上升沿和下降沿、以及電平翻轉(zhuǎn)后一段時間內(nèi)出現(xiàn)的信號毛刺。
本發(fā)明提供了一種毛刺消除裝置，包括翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路；所述翻轉(zhuǎn)跟隨電路在輸出信號電平翻轉(zhuǎn)后自動關閉翻轉(zhuǎn)使能；所述翻轉(zhuǎn)控制電路以本地時鐘頻率采樣翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號，并根據(jù)采樣結果，判斷翻轉(zhuǎn)跟隨電路輸出信號電平的翻轉(zhuǎn)后，延遲預定時間，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能。
所述的翻轉(zhuǎn)跟隨電路和所述的翻轉(zhuǎn)控制電路使用邏輯電路。
本發(fā)明還提供了一種毛刺消除方法，包括A、翻轉(zhuǎn)跟隨電路在翻轉(zhuǎn)輸出電平翻轉(zhuǎn)后自動關閉翻轉(zhuǎn)使能；B、在翻轉(zhuǎn)控制電路的控制下，延遲預定時間，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能。
所述步驟B進一步包括B1、翻轉(zhuǎn)控制電路以本地時鐘頻率采樣翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號；B2、根據(jù)采樣結果判斷翻轉(zhuǎn)跟隨電路輸出信號電平是否翻轉(zhuǎn)，若翻轉(zhuǎn)，則保持翻轉(zhuǎn)后的輸出電平延遲預定時間后，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能，否則，執(zhí)行步驟B1。
所述延遲預定時間為延遲至少預定個數(shù)本地時鐘周期。
所述預定個數(shù)為大于0的整數(shù)。
所述本地時鐘周期還要滿足下列關系(n+1)tclk+tsu＜Tin其中，n是整數(shù)，且≥0；tclk是本地時鐘周期；tsu是翻轉(zhuǎn)跟隨電路的最小輸入信號建立時間；Tin是輸入信號的最小脈寬。
根據(jù)本發(fā)明，在翻轉(zhuǎn)控制電路的控制下，當翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出電平翻轉(zhuǎn)后，通過使翻轉(zhuǎn)跟隨電路延遲預定時間才能響應輸入信號的變化。有效地消除了數(shù)字信號翻轉(zhuǎn)變化時上升沿和下降沿上的任何信號毛刺、以及信號翻轉(zhuǎn)后一段時間內(nèi)出現(xiàn)的任何信號毛刺，而且消除毛刺后的信號能夠同步跟隨輸入信號的變化，即消刺后的輸出信號相對于輸入信號的延遲時間固定不變。


圖1示出了本發(fā)明的消除毛刺裝置的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的輸入信號、消刺后的輸出信號、本地時鐘的時序關系圖。
具體實施例方式
為了便于本領域一般技術人員理解和實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)結合附圖描繪本發(fā)明的實施例。
如圖1所示，本發(fā)明的毛刺消除裝置包括翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路。
翻轉(zhuǎn)跟隨電路在輸出電平翻轉(zhuǎn)后，自動關閉翻轉(zhuǎn)使能，等待翻轉(zhuǎn)控制電路給出一個允許翻轉(zhuǎn)信號后，才能開啟翻轉(zhuǎn)使能，再次響應輸入信號的翻轉(zhuǎn)變化。
翻轉(zhuǎn)控制電路以本地時鐘頻率采樣翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號，在采樣檢測到輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)后，在n(n≥0)個本地時鐘周期后，向翻轉(zhuǎn)跟隨電路發(fā)出允許翻轉(zhuǎn)信號。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，本發(fā)明的翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路使用邏輯電路實現(xiàn)，更優(yōu)選地，本發(fā)明的翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路都是在可編程邏輯電路中實現(xiàn)的，因此，本發(fā)明易于實現(xiàn)，且成體較低。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的清除毛刺的方法。
當輸入信號處于穩(wěn)態(tài)時，翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號與輸入信號保持相同的電平。
當帶有毛刺的輸入信號使翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出電平翻轉(zhuǎn)時，第一個達到翻轉(zhuǎn)門限的上升或下降沿將觸發(fā)翻轉(zhuǎn)跟隨電路完成電平翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)跟隨電路自動關閉使能，這時翻轉(zhuǎn)控制電路檢測到翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號電平翻轉(zhuǎn)后，延遲n個本地時鐘周期后，向翻轉(zhuǎn)跟隨電路發(fā)出允許翻轉(zhuǎn)信號，從而使翻轉(zhuǎn)跟隨電路在翻轉(zhuǎn)后的n～(n+1)個本地時鐘周期的時間內(nèi)不能再次翻轉(zhuǎn)，因此，本發(fā)明能夠完全消除輸入信號的電平翻轉(zhuǎn)期間，以及翻轉(zhuǎn)后的n～(n+1)個本地時鐘周期時間內(nèi)的信號毛刺。
本地時鐘周期、輸入信號的最小脈寬和翻轉(zhuǎn)跟隨電路的最小輸入信號建立時間之間有如下關系(n+1)tclk+tsu＜Tin其中，n是整數(shù)，且n≥0；tclk是本地時鐘周期；Tin是輸入信號的最小脈寬；tsu是翻轉(zhuǎn)跟隨電路的最小輸入信號建立時間，由實際實現(xiàn)電路中的器件速度決定。
由上式可看出，((n+1)tclk+tsu)的值與Tin越接近，相對輸入信號的最小脈寬而言，信號翻轉(zhuǎn)后至下一次翻轉(zhuǎn)期間能夠消刺的時間段就越長。
為了有效地消除毛刺和控制輸出信號電平的翻轉(zhuǎn)，本地時鐘頻率與輸入信號的最小脈寬的頻率也要滿足一定關系。即本地時鐘的頻率至少是輸入信號的最小脈寬頻率的2倍，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，至少為5倍。
圖2示出了輸入信號，消刺后的輸出信號，本地時鐘的時序關系。
如圖2所示，輸出信號相對于輸入信號的延遲時間是固定的，對于上升沿，延遲時間是t1；對于下降沿，延遲時間是t2。t1和t2的具體數(shù)值，由實際實現(xiàn)電路中的器件速度決定。由于輸出信號的延時是固定的，所以輸出信號相對于輸入信號無損傷。
當輸出信號因輸入信號第一個脈沖的上升沿的毛刺經(jīng)過t1時間后變?yōu)楦唠娖胶螅P閉翻轉(zhuǎn)使能，這時翻轉(zhuǎn)控制電路在本地時鐘的上升沿(也可以是本地時鐘下降沿、高電平或低電平)處檢測到翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號的電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，按照預定的延遲時間，如延遲1個時鐘周期，向翻轉(zhuǎn)跟隨電路發(fā)出允許翻轉(zhuǎn)信號。從而使翻轉(zhuǎn)跟隨電路在1至2個時鐘周期內(nèi)保持了翻轉(zhuǎn)后的電平，從而避開了輸入信號中毛刺的影響。
因此，通過本發(fā)明的毛刺消除裝置和方法，可有效地消除信號的毛刺問題，便于實現(xiàn)，且成本較低。
雖然通過實施例描繪了本發(fā)明，但本領域普通技術人員知道，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，就可使本發(fā)明有許多變形和變化，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種毛刺消除裝置，其特征在于，包括翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路；所述翻轉(zhuǎn)跟隨電路在輸出信號電平翻轉(zhuǎn)后自動關閉翻轉(zhuǎn)使能；所述翻轉(zhuǎn)控制電路以本地時鐘頻率采樣翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號，并根據(jù)采樣結果，判斷翻轉(zhuǎn)跟隨電路輸出信號電平的翻轉(zhuǎn)后，延遲預定時間，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能。
2.根據(jù)權利要求1所述毛刺消除裝置，其特征在于，所述的翻轉(zhuǎn)跟隨電路和所述的翻轉(zhuǎn)控制電路使用邏輯電路。
3.一種毛刺消除方法，其特征在于，包括A、翻轉(zhuǎn)跟隨電路在翻轉(zhuǎn)輸出電平翻轉(zhuǎn)后自動關閉翻轉(zhuǎn)使能；B、在翻轉(zhuǎn)控制電路的控制下，延遲預定時間，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能。
4.根據(jù)權利要求3所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述步驟B進一步包括B1、翻轉(zhuǎn)控制電路以本地時鐘頻率采樣翻轉(zhuǎn)跟隨電路的輸出信號；B2、根據(jù)采樣結果判斷翻轉(zhuǎn)跟隨電路輸出信號電平是否翻轉(zhuǎn)，若翻轉(zhuǎn)，則保持翻轉(zhuǎn)后的輸出電平延遲預定時間后，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能，否則，執(zhí)行步驟B1。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述延遲預定時間為延遲至少預定個數(shù)本地時鐘周期。
6.根據(jù)權利要求5所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述預定個數(shù)為大于0的整數(shù)。
7.根據(jù)權利要求5所述的毛刺消除方法，其特征在于，所述本地時鐘周期還要滿足下列關系(n+1)tclk+tsu＜Tin其中，n是整數(shù)，且≥0；tclk是本地時鐘周期；tsu是翻轉(zhuǎn)跟隨電路的最小輸入信號建立時間；Tin是輸入信號的最小脈寬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毛刺消除裝置，包括翻轉(zhuǎn)跟隨電路和翻轉(zhuǎn)控制電路。本發(fā)明還公開了一種毛刺消除方法，包括翻轉(zhuǎn)跟隨電路在翻轉(zhuǎn)輸出電平翻轉(zhuǎn)后自動關閉翻轉(zhuǎn)使能；在翻轉(zhuǎn)控制電路的控制下，延遲預定時間，開啟翻轉(zhuǎn)跟隨電路的翻轉(zhuǎn)使能。根據(jù)本發(fā)明，可有效地消除輸入信號翻轉(zhuǎn)變化時上升沿和下降沿上的任何信號毛刺、以及信號翻轉(zhuǎn)后一段時間內(nèi)出現(xiàn)的任何信號毛刺，而且消除毛刺后的信號能夠同步跟隨輸入信號的變化，即消刺后的輸出信號相對于輸入信號的延遲時間固定不變。
文檔編號H03K17/00GK1848685SQ200510063108
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月4日 優(yōu)先權日2005年4月4日
發(fā)明者甘衛(wèi)東, 周光劍 申請人:華為技術有限公司