噪声滤波器

图 4 数字噪声滤波器波形图（ 示意图）
从电路工作过程可以看到： 当输入脉冲信号的 脉 冲 宽 度 小 于 延 时 时 间 宽 度 时，滤 波 器 不 输 出 脉 冲； 输入脉冲信号与输出脉冲信号的后沿同步输 出。滤波器能对输入脉冲信号的前沿延时 ΔV 输 出，输出脉冲信号的宽度窄于输入脉冲信号一个延 时时间的宽度。虽然这种电路的输出脉冲比输入 脉 冲 窄 了 一 个 延 时 时 宽，但 它 确 保 了 后 沿 同 步 输 出，这在脉冲电路和数字计数技术电路中还是切实 有用的。如需要与前沿同步输出脉冲，视需要可通 过改变 R1 ，R2 值，调节 R1 / R2 的比值。
3 TTL 施密特触发电路在脉冲电路噪 声信号中的处理应用
TTL 集成施密特触发电路原理如图 1 所示。硬
29
件由三部分组成： 两个与非门 YF1 ，YF2 交叉耦合形 成的 R － S 触发器，电平偏移二极管 VD1 ，分压电阻 R1 ，R2 构成。其 中： R1 ，R2 均 为 线 绕 类 型 （ 阻 值 可 调） ，VD1 为齐纳二极管 （ 2CK5 ） ，YF11 ，YF2 用 TTL 集成电路块 T1013［3］，在系统中 T1013 有一些输入 端没有用完，不用的输入端，相当于悬空的 P － N 结 电容，干 扰 信 号 会 通 过 此 电 容 进 入 电 路，使 电 路 的 开关速度变慢，这些输入端不能悬空，要通过 1 k 电 阻接到电源 Ec（ + 12 V） 上。
从上面可以看到： 通过施密特触发电路可以把 某一指定幅度的噪声过滤掉。那么，能有办法把某 一指定宽度的窄脉冲噪声过滤掉吗？ 笔者用实验 的手法，观察、分析数字电路噪声的波形，并根据实 际的需要在 wenku.baidu.comTL 集成施密特触发电路基础上试验 出了一种滤波器。它的原理如图 3 所示，滤波器电 路的硬件由三部分组成： 上面刚介绍的 TTL 施密特 触发电路，快速电子开关 V2 ，V3 ，延时积分电路 R3 ， C1 ，三极管反相器 V1 及其偏置电阻 R4 ，R5 ，R6 构成。 V1 ，V2 ，V3 均为 3DG6，C1 为 1 μF 的电解电容。电阻 均为碳膜类型（ R3 = 1 MΩ，R4 = 1 kΩ，R5 = 1． 5 kΩ， R6 = 18 kΩ） 。双直流电源： + 12 V，－ 12 V。
ZHANG Bixiang
（ Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology，Department of
Practice and Experiment，Panzhihua Sichuan 617000，China）
【Abstract】It is inevitable that experts meet various noise in digital system design． In order to reveal the source of noise，
1 引言
一个数字系统通常由多个子系统或模块构成， 工程师们在研制数码电子产品时，必须将各种逻辑 电路准确无误地按理论设计的电路图布线、装配起 来。在调试工作过程中，必然会遇到相邻电路间信 号的 感 应 噪 声、传 输 线 的 反 射 噪 声，非 线 性 元 件 产 生的串扰噪声以及电源的瞬态电流引起的尖峰、接 地噪声等。随着数字系统运行速度的提高，这些噪 声使数码电子产品的可靠性问题变得日益突出。 如何抑制脉冲电路不正常工作产生的噪声，对于数 字系统设计的专家们是必须认真考虑的问题。
文章编号：1002－8684（2012）03－0029－03
基于 T T L 施密特触发电路的噪声滤波器 ·产品介绍·
张碧翔 （ 四川机电职业技术学院 实验实训部，四川 攀枝花 617000）
【摘 要】在进行数字系统设计时，必然会遇到各种各样的噪声。为了揭示噪声的根源，用实验的手法观察、分析数
字电路噪声的波形，并根据实际的需要，试验出了用施密特触发电路去过滤数字电路中噪声的新方法。实践中，使
方法： 设计前期，采取选用高性能的元器件与传输导 线； 合理配置元器件、布线； 减少电路中的引线电感、 引线电阻、杂散电容； 电磁屏蔽相关电路等方法从源 头上去杜绝。调试后期，主要采用在电路末端加滤波 电容； 通过钳位电路、削波、限幅电路； 用选通脉冲和 “与门”电路组成的时序电路等手法从噪声现象去处 理。实际结果： 造成了部分信号相位失真、幅度失真、 信号瞬态失真、一些有用信号被过滤，整体效果不理 想。通过示波器可以看到数字电路噪声的波形呈尖 峰、振铃振荡、台阶延迟、过冲和缺口等。在数字系统 设计中，要求电路所用的理想脉冲波形［2］达到： 波形 无畸变，没有相位偏移，零电平不动，幅度达标，重复 周期及脉冲宽度一定。在电子线路中，滤波电路是大 家比较熟悉的，可是在脉冲电路中，能否按照理想脉 冲波形要求，采取有效措施把某一指定幅度、宽度以 内的数字信号噪声过滤掉，防止电路所用的脉冲波形 不失真，并能对失真的波形加以整理，尽量达到理想 脉冲波形的要求？
图 1 TTL 与非门施密特触发器
电路的工作过程： 当 Vi = 0 时，YF1 关 闭，YF2 导通。如果 Vi 从零上升至 VT（ 开门电压） ，由于 R1 ， R2 和 VD1 的分压，a 点电压 Va 仍低于 VT，因而 YF1 仍不导通。当 Vi 继续升高到 Ek，当 Va = VT 时，YF1 开始 导 通，并 引 起 正 反 馈 过 程，使 电 路 迅 速 翻 转 到 YF1 导通、YF2 截止。以后，只要 Vi ＞ VT，不管 Vi 怎 样变化，电路状态就不会改变（ 由于 Vi 已被 V02 维持 在高电平） 。当 Vi 下降到 VT 以下时，YF1 开始截 止，并产生正反馈过程，使电路迅速返回到 YF1 截 止、YF2 导 通 的 状 态。TTL 施 密 特 触 发 电 路 Vi 与 V02 的波形示意图如图 2 所示。
the noise’s waveform in digital circuit with the experimentals is observed and analyzed． According to need in the actual，a
filter is tested，it is a new method with Schmidt trigger circuit to filter noise in digital circuits． In practice，the measures adopt
to suppress the noise in digital electronic products，it reaches a multiplier effort．
【Key words】noise； TTL integrated Schmidt trigger circuit； filter noise circuit
2 窄脉冲噪声简介
噪声是造成人或设备恶劣影响的干扰信号的总 称［1］。在数字系统中，凡是妨碍脉冲信号进行正常 工作的因素都叫噪声，不仅造成了信号的失真，严重 时还造成线路逻辑功能混乱故障。其主要来源： 系统 上、下级间不匹配的线路连接，造成能量来回反射； 相 邻信号感应，造成彼此串扰； 电源系统内杂波辐射、接 地不良，造成供血污染； 周围外部环境（ 包括宇宙） 的 各种干扰对信号侵蚀等。现阶段处理数字电路噪声
其输出 状 态 不 变。电 路 是 否 能 返 回 到 YF1 截 止、 YF2 导通的状态，仅取决于 Vi 是否回降到 VT 以下。 因此施密特触发电路是很好的限幅器，同时也可看 到： YF1 导 通、YF2 截 止 状 态 所 要 求 的 输 入 电 平 （ EK） 、与 电 路返回到 YF1 截止、YF2 导通状态所要 求的输入电平（ VT） ，它们造成了脉冲信号的延迟，滞 后电压（ ΔV） ΔV = EK － VT。滞后电压越大，电路的动 作电压就越高，抗干扰能力就越强，究竟多大为宜，要 视具体情况而定。它的大小，可以通过改变 R1 ，R2 的 比值进行调节。常规情况，R1 为 1 kΩ，R2 为 500 kΩ。
图 3 基于 TTL 施密特触发电路的 数字噪声滤波器原理图
这时看到一个重要的现象： 当输入为一串幅度 不等的脉冲时，只有幅度超过 Ek 的脉冲才能使施 密特触发与非门翻转，从而在输出端得到一个矩形 脉冲，而幅度小于 Ek 的输入脉冲却不能使它翻转，
电路的工作过程： 开始，输入信号 Vs 为 0 V 时， V1 截止，复合三极管导通，Va 为 0 V 时，V01 输出为 “1”，V02 为”0”。当 Vs 由“0”跳变为“1”时，V1 导通， 复合三极管截止，电源 EC 通过 R2 对 C1 充电，Va 随 之升高，由于 Vs 的宽度小于延时回路的延时时间的 窄脉冲，当 Va 高于 TTL 施密特触发电路 YF1 导通电 压 EK 时，施密特触发翻转（ YF1 导通、YF2 截止） ，直 到输入信号 Vs 由“1”跳变为“0”时，C1 才通过 YF1 放 电，Va 下降，这里必须强调 Va 未达到开门电平 VT 前， 电路都不发生跳变，当 Va 达到开门电平 VT 时，施密
30
特触发翻转（ YF2 导通、YF1 截止） ，因此这一窄脉冲 被滤掉。不难看出： 通过调整 R3 ，C1 可滤掉指定宽 度内的窄脉冲。其波形示意图如图 4 所示。
轻松去除了接点电流跳动的干扰杂波。便于理解， 图 6 中，分别示出开关 K 点、a 点及输出端 V01 点的 电路工作波形，注意： V02 波形与 V01 波形相反。
用这种措施去抑制数码电子产品的噪声，都达到了事半功倍的效果。
【关键词】噪声； TTL 集成施密特触发电路； 过滤噪声电路
【中图分类号】TN913. 2
【文献标识码】A
Filter to Prevent Noise Based on TTL Integrated Schmidt Trigger Circuit
实验结果表明： 用基于 TTL 施密特触发电路的 滤波器去对数字电路中的噪声进行消噪，操作简单、 检测性能高、应用范围广、工作效率高，值得推广。
参考文献
［1］ 北大路刚． 数字 电路 与噪音［M］． 北京： 人民邮电出版
图 5 基于 TTL 集成施密特触发电路的滤波器 应用（ 去除开关火花跳动的电路原理图）
图 6 开关触点火花跳动去除电路波形图（ 示意图）
5 结束语
在数字系统中，引起数码产品噪声的原因很多， 处理方法与对付模拟电路噪声的方法有一些不同，但 是在处理问题的思路上两者可以彼此借鉴。同时，在 数字电路内部，处理信号的有些方法也是可以变通利 用，数字电路的噪声从表面上看虽然复杂，只要从故 障的现象入手，多分析电路中信号的波形，抓住电路 的原理不放，大胆实践，一切问题都会迎刃而解。
4 基于 TTL 施密特触发电路的滤波器 在去除数字信号中噪声的工作实例
在平常使用数码产品时，大家都有过这样的经 历： 开关的接触点在转换时易发生电流跳动，引起 触点噪声，严重时会造成设备功能混乱。下面是基 于施密特触发电路的滤波器在去除开关断开与闭 合时产生火花跳动的应用电路原理。如图 5 所示， 一般的开关从闭合到打开转换时间比较长，机械接 点开关的转换时间都在 10 ms 以内。当开关触点输 入为一串幅度不等的脉冲时，R3 ，C1 阻容积分电路 可对开关 K 由于动作而产生输入、输出信号的上升 沿和下降沿进行整形，将不规整的开关脉冲信号变 成抛物波。施密特触发电路对 a 点电压（ 电容 C1 上充电电压） 进行检测，并用它去控制由 YF1 ，YF2 构成的 R － S 触发器翻转，只有幅度超过 Ek（ YF1 导 通电压） 的脉冲才能使施密特触发电路翻转 （ YF1 导通、YF2 截止） ，电路是否能返回到 YF1 截止、YF2 导通的状态，仅取决于输入脉冲是否回降到 VT（ YF2 导通电压） 以下，通过 TTL 施密特触发电路滤波器