FPGA电路组合逻辑设计中的毛刺如何解决

时间:2025-07-28  作者:Diven  阅读:0

和所有的数字电路一样,毛刺也是FPGA电路中的棘手问题,出现会影响电路工作的稳定性,可靠性,严重时会导致整个数字系统的误动作和逻辑紊乱。

FPGA电路组合逻辑设计中的毛刺如何解决

信号在FPGA器件中通过逻辑单元连线时,一定存在延时。延时的大小不仅和连线的长短和逻辑单元的数目有关,而且也和器件的制造工艺、工作电压、温度等有关。

另外,信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间,由于存在这两方面的因素,多路信号的电平值发生变化时,在信号变化的瞬间,组合逻辑的输出有先后顺序,并不是同时变化,往往会出现一些不正确的尖峰信号,这些尖峰信号就是“毛刺”。任何组合电路,反馈电路和计数器都可能。

潜在的毛刺信号发生器。

电路布线长短不同造成各端口输入信号延时不一致,有竞争冒险,会产生毛刺。分立元件之间存在分布电容和电感可以滤掉这些毛刺,所以用分立元件设计电路时,很少考虑竞争冒险和毛刺问题,但PLD/FPGA内部没有分布电容和电感,不能滤掉任何毛刺(哪怕不到1ns)。

举个简单的例子:

设计的一个二输入与门,output《=A & B;进行布局布线后仿真(此时没有加管脚约束文件)可看到:

output_obuf_2处有一毛刺出现。毛刺高电平时间维持141ps。

从output_obuf到output输出处,虽消除了毛刺,但不能保证其情况下都会消除,我想有可能是此处毛刺时间比较小的原因,所以才有output处输出是正常的。

首先毛刺的出现是由于输入端A由1到0和B由0到1的变化引起的。

从静态时序文件中可以看到:A,B到达与门的时间相差141ps,这也正是上述中出现毛刺的原因。

下面将管脚约束文件加进去再进行后仿真:

可看出此时output输出有明显的毛刺出现。

时序分析报告:

对于信号A:(Trace delay of A)+AND gate internal delay=9.139ns;

对于信号B:(Trace delay of B)+AND gate internal delay=5.607ns;

即A和B到达与门的时间相差了3.532ns,下图显示毛刺的时间即正好相符。

毛刺并不是对所有的输入都有危害,如触发器的D输入端,只要数据不出现在时钟的上长升沿,并满足数据的建立保持时间,就不会对系统造成危害,而当毛刺信号成为系统的启动信号,控制信号,握手信号,触发器的清零信号,预置信号,时钟信号,或锁存器的输入信号时就会产生逻辑错误。判断逻辑电路中是否存在冒险以及如何避免冒险是设计人员必须考虑的问题。

猜您喜欢

 自动电压调节器(AVR)通常也称为稳压器,它通过补偿输入电压的波动来调节供电电压电平,在许多工业和住宅应用中都很常见。例如,AVR被用于船舶发电机组、应急电...
2022-07-10 11:26:00

偏振集成探测器具有体积小、重量轻、结构紧凑,并且无需图像配准对动态目标同时同地同源探测与识别的优势。目前传统的红外偏振探测器主要包括分时偏振探测器、分振幅偏振探...
2023-08-15 09:25:00

光敏电阻作为重要的光电传感元件,被应用于各种电子设备中。在众多光敏电阻品牌中,RALEC(旺诠)凭借其高品质的产品和良好的市场口碑,逐渐成为行业内受到关注的品牌...
2014-03-03 13:13:30

贴片电阻3001,也称为SMD电阻0805,是一种常用的表面贴装电阻。的尺寸为0805,表示其长宽分别为0.08英寸和0.05英寸(约为2.0mm x 1.25...
2024-11-29 10:26:19

钽电容、贴片电容、贴片电阻、电感和二三极管是电子电路中常见的五种基础元件,它们各自扮演着不同的角色。钽电容: 体积小、容量大、稳定性好,适用于对体积和性能要求较...
2024-11-26 11:29:50

SOT23G-3是应用于电子设备中的小型封装,因其体积小、性能高而受到许多工程师的青睐。通常用于集成电路、放大器和其电子元件的封装。本文将详细介绍SOT23G-...
2025-04-26 15:30:11

电流检测电阻作为关键元件,应用于电源管理、电机控制及电池保护等领域。金山(ELITE)作为国内知名的电流检测电阻制造商,旗下产品种类丰富,品牌多样,满足不同客户...
2013-07-11 09:26:17

扭力扳手是用于精确施加扭矩的工具,应用于汽车维修、机械组装等领域。根据不同的工作原理和使用需求,扭力扳手可以分为几种主要类型。首先是机械式扳手,这种扳手通过弹簧...
2008-08-17 00:00:00

电路保护成为保障设备安全的重要环节。自恢复保险丝(PTC热敏电阻)因其具备自动断电和恢复的功能,成为电子行业中不可少的保护元件。CHNHACE作为知名的电子元器...
2022-11-28 18:23:30