尖峰电流产生原因分析及抑制方法分享

图 1 TTL 与非门

 

    输出电压如右图（a）所示，理论上电源电流的波形如右图（b），而实际的电源电流保险如右图（c）。由图（c）可以看出在输出由低电平转换到高电平时电源电流有一个短暂而幅度很大的尖峰。尖峰电源电流的波形随所用器件的类型和输出端所接的电容负载而异。

    输出级的 T3、T4 管短设计内同时导通。在与非门由输出低电平转向高电平的过程中，输入电压的负跳变在 T2 和 T3 的基极回路内产生很大的反向驱动电流，由于 T3 的饱和深度设计得比 T2 大，反向驱动电流将使 T2 首先脱离饱和而截止。T2 截止后，其集电极电位上升，使 T4 导通。可是此时 T3 还未脱离饱和，因此在极短得设计内 T3 和 T4 将同时导通，从而产生很大的 ic4，使电源电流形成尖峰电流。图中的 R4 正是为了限制此尖峰电流而设计。

    低功耗型 TTL 门电路中的 R4 较大，因此其尖峰电流较小。当输入电压由低电平变为高电平时，与非门输出电平由高变低，这时 T3、T4 也可能同时导通。但当 T3 开始进入导通时，T4 处于放大状态，两管的集 - 射间电压较大，故所产生的尖峰电流较小，对电源电流产生的影响相对较小。

    产生尖峰电流的另一个原因是负载电容的影响。与非门输出端实际上存在负载电容 CL，当门的输出由低转换到高时，电源电压由 T4 对电容 CL 充电，因此形成尖峰电流。

    当与非门的输出由高电平转换到低电平时，电容 CL 通过 T3 放电。此时放电电流不通过电源，故 CL 的放电电流对电源电流无影响。

    1、在电路板布线上采取措施，使信号线的杂散电容降到最小;

    2、另一种方法是设法降低供电电源的内阻，使尖峰电流不至于引起过大的电源电压波动;

    3、通常的作法是使用来滤波，一般是在电路板的电源入口处放

    一个 1uF～10uF 的，滤除低频噪声;在电路板内的每一个有源器件的电源和地之间放置一个 0.01uF～0.1uF 的（高频滤波电容），用于滤除高频噪声。滤波的目的是要滤除叠加在电源上的交流干扰，但并不是使用的电容容量越大越好，因为实际的电容并不是理想电容，不具备理想电容的所有特性。

    去耦电容的选取可按 C=1/F 计算，其中 F 为电路频率，即 10MHz 取 0.1uF，100MHz 取 0.01uF。一般取 0.1~0.01uF 均可。

    放置在有源器件傍的高频滤波电容的作用有两个，其一是滤除沿电源传导过来的高频干扰，其二是及时补充器件高速工作时所需的尖峰电流。所以电容的放置位置是需要考虑的。

    实际的电容由于存在寄生参数，可等效为串联在电容上的电阻和电感，将其称为等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。这样，实际的电容就是一个串联谐振电路，其谐振频率为（图 2）：