消除毛刺对系统的影响的各种方法介绍

　消除毛刺对系统的影响的各种方法介绍

 

　　知道了毛刺产生的条件，就可以通过改变设计，破坏其条件来减少毛刺的发生。例如，利用格雷码计数器每次输出只有一位跳变的特性，代替普通的二进制计数器，避免了毛刺的产生[3]。还可以对电路进行改进，以消除毛刺对系统的影响。下面对各种方法做分别介绍：

　　1.吸收法

　　由于产生的毛刺实际上是高频窄脉冲，故增加输出滤波，在输出端接上小电容C就可以滤除毛刺。但输出波形的前后沿将变坏，在对波形要求较严格时，应再加整形电路，该方法不宜在中间级使用。

　　2.延迟法

　　因为毛刺最终是由于延迟造成的，所以可以找出产生延迟的支路。对于相对延迟小的支路，加上毛刺宽度的延迟可以消除毛刺。但有时随着负载增加，毛刺会继续出现，而且，当温度变化，所加的电压变化或要增加逻辑门时，所加的延迟是不同的，必须重新设计延迟线，因而这种方法也是有局限性的。而且采用延迟线的方法产生延迟会由于环境温度的变化而使系统可靠性变差。

　　3.利用冗余项法

　　利用冗余项消除毛刺有2种方法：代数法和卡诺图法，两者都是通过增加冗余项来消除险象，只是前者针对于函数表达式而后者针对于真值表。以卡诺图为例，若两个卡诺圆相切，其对应的电路就可能产生险象。因此，修改卡诺图，在卡诺图的两圆相切处增加一个圆，以增加多余项来消除逻辑冒险。但该法对于计数器型产生的毛刺是无法消除的。

　　4.采样法

　　由于冒险多出现在信号发生电平跳变的时刻，即在输出信号的建立时间内会产生毛刺，而在保持时间内不会出现，因此，在输出信号的保持时间内对其进行采样，就可以消除毛刺信号的影响，常用的采样方法有2种:一种使用一定宽度的高电平脉冲与输出相与，从而避开了毛刺信号，取得输出信号的电平值。这种方法必须保证采样信号在合适的时间产生，并且只适用于对输出信号时序和脉冲宽度要求不严的情况。另一种更常见的方法叫锁存法，是利用D触发器的输入端D对毛刺信号不敏感的特点，在输出信号的保持时间内，用触发器读取组合逻辑的输出信号。由于在时钟的上升沿时刻，输出端Q=D，当输入的信号有毛刺时，只要不发生在时钟的上升沿时刻，输出就不会有毛刺。这种方法类似于将异步电路转化为同步电路，实现简单，但同样会涉及到时序问题。

　　5.硬件描述语言法

这种方法是从硬件描述语言入手，找出毛刺产生的根本原因，改变语言设计，产生满足要求的功能模块，来代替原来的逻辑功能块。在图1电路中，一个3位计数器可能会在011到100和101到110发生跳变时产生毛刺，究其原因是因为一次有2位发生跳变，可以采用VHDL语言对计数器编写如下，产生的计数模块代替原来普通的计数器。

　　注意在新的计数器中，每次状态发生改变时Q0,Q1,Q2 只有1位发生跳变，从根本上消除了毛刺。但计数器的输出状态没有规律,不便于其他电路利用。如果希望计数器的输出状态有规律变化以便其他电路使用,可以考虑采用双输出电路,一路是单信号输出,一路是正常计数输出。这种方法从根本上消除了毛刺产生的根源,具有普遍的意义，对系统也不会产生影响，是最为可靠的方法，其不利之处是这种方法对VHDL语言要求比较高,必须对电路的工作状态及其转变有全面的分析和掌握,而随着电路的复杂度提高，毛刺产生的来源繁杂，实现起来比较困难。

　　对于一般情况下产生的毛刺，可以尝试用D触发器来消除。但用D触发器消除时，有时会影响到时序，需要考虑很多问题。所以应根据不同情况，仔细地分析毛刺产生的来源和毛刺的性质，结合系统资源选择具体办法，消除毛刺的影响。