Современная электроника №7/2026

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 61 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2026 Понятие шума Что случится, если только что рас- смотренные сигналы не являются «чистыми»? В системах цифровой логики «шум» определяется как внеш- нее напряжение в сигнальных или питающих цепях. Для КМОП-, ЭСЛ- или ТТЛ-приборов системный шум, кото- рый достаточно велик, может повли- ять на целостность логических сигна- лов. Семейства КМОП-логики, такие как CD4000 и 74C, высокоустойчивы к определённым типам системного шума. Эта устойчивость получается в основном благодаря природе КМОП, но также и в связи с тем, что медли- тельность приборов сокращает поме- хи из-за самоиндукции цепей питания и перекрёстных помех и предотвраща- ет реакцию логики на короткие наве- дённые извне или излучённые пере- ходные процессы. Однако в быстродействующих КМОП (которые примерно в 10 раз быстрее, чем логика семейства CD4000) перекрёстные помехи, шум, наведённый по цепям питания, и шумовые переходные процессы становятся существенными. Более высокие скорости позволяют прибо- ру реагировать быстрее на внешние наведённые шумовые переходные процессы и делать акцент на индук- тивных и ёмкостных паразитных межсоединениях, которые увеличи- вают помехи из-за самоиндукции и перекрёстных помех. Поскольку семейство HC-КМОП точ- но определяет входные уровни, подоб- но уровням логики семейства CD4000, подавление его шумов по постоянно- му току также превосходит LS-ТТЛ. Так как быстродействующее КМОП- семейство имеет выходной импеданс в 10 раз меньше, чем у приборов семей- ства CD4000, оно менее чувствительно к шумовым токам, наводимым на его выходы. В результате меньшие пара- зитные напряжения индуцируются для заданной величины тока. Чтобы количественно определить эти шумовые параметры, сначала определим «помехоустойчивость» – способность прибора предотвратить распространение шума от входа к выходу. Точнее говоря, это величина напряжения, которое может быть при- ложено ко входу и не вызовет измене- ния состояния выхода. Для HC-КМОП эта помехоустойчивость составляет приблизительно 2 В; в наихудшем слу- чае это максимальные входные Низ- кий и Высокий логические уровни, указанные в спецификации. Помехоустойчивость является важ- ным свойством, но запас помехоустой- чивости более пригоден, потому что он определяет величину шума, кото- рый является допустимым для систе- мы и при котором система сохраня- ет правильную логическую работу. Он определяется как разница меж- ду выходным Низким (или Высоким) логическим уровнем одного элемен- та и входным Низким (или Высоким) логическим уровнем элемента, кото- рым управляет данный элемент. К примеру, в HC-КМОП, использу- ющем VCC 4,5 В, типичными выход- ными уровнями являются «земля» и VCC, и входные пороги составляют VIH = 3,15 В и VIL = 0,9 В. Эти величи- ны дают запас помехоустойчивости приблизительно 1300 мВ (логическая единица) и 850 мВ (логический ноль). Запас помехоустойчивости для семей- ства LS составляет 700 мВ и 400 мВ соответственно. Следует заметить, что входные уровни 54HC/74HC слег- ка смещены в сторону «земли», поэ- тому ИС лучше устойчивы к шуму по VCC, чем к «земляному» шуму. Чтобы проиллюстрировать запас помехоустойчивости и помехоустой- чивость, рис. 2 показывает выходной сигнал, получающийся в случае пода- чи на вход 74HC00 нескольких типов искусственного шума. Типично, что даже 2 В или больший входной шум вызывает малое изменение на выходе. На рис. 3 показано, как шум влияет на тактовый вход 74HC74. Опять же, никаких логических ошибок не про- исходит при 2 В или большем такто- вом шуме. Подсемейство ИС 54HCT/74HCT имеет входной буфер, специально сконстру- ированный, чтобы соответствовать входным ТТЛ-уровням в 0,8 В и 2 В. Поэтому характеристики их помехо- Рис. 8. Схема на кристалле элемента 74HC00 перед выходным каскадом (а) генерирует слабые токовые пики, как показано на рисунке (б). В тестовой схеме переключается только один вход (но не выход). Следует отметить очень малые помехи, возникающие в цепи питания Рис. 9. Эквивалентная схема для шин источника питания показывает последовательные индуктивности «земли» и «питания». Старайтесь минимизировать эти индуктивности посредством аккуратного проектирования топологии печатной платы а) б)