一个驱动器要驱动多个负载,导致边沿变缓?为什么呢?然后边沿变缓慢会有什么影响呢?


一、为什么边沿会变缓慢
1.负载电容增加:每个负载(例如其他门的输入)都有一定的输入电容。当驱动器驱动多个负载时,这些输入电容是并联的,总负载电容等于各个负载电容之和。驱动器输出端的总电容负载增加了。
2.驱动器的电流能力有限:驱动器(例如反相器或缓冲器)提供电流对负载电容充电和放电。根据电流公式 I = C * dV/dt,对于给定的驱动电流 I,电容 C 越大,电压变化率 dV/dt 就越小,这意味着电压变化更慢,即边沿变缓。
3.RC时间常数:驱动器本身有输出电阻(或阻抗),与负载电容形成RC电路。时间常数 τ = R * C,其中C是总负载电容,R是驱动器的输出电阻。时间常数越大,充放电速度越慢,边沿就越缓。
当驱动多个负载时,总电容增大,导致RC时间常数增大,在同样的驱动电流下,边沿速度变慢。

二、边沿缓慢会有什么影响?
信号完整性问题:边沿缓慢会导致信号在上升和下降过程中停留在逻辑阈值附近的时间变长,这可能会引起接收端的误判,特别是当存在噪声时。

时序问题:在数字系统中,信号的传播延迟通常是从输入达到一定阈值到输出达到一定阈值的时间。边沿变缓会增大传播延迟,可能导致时序违规,例如建立时间或保持时间 violation。

功耗增加:CMOS电路中,动态功耗与开关频率和电压摆幅有关,但边沿缓慢会导致短路电流(crowbar current)持续时间变长,因为在一段时间内PMOS和NMOS可能同时导通,从而增加功耗。

可能引起振荡:如果边沿非常缓慢,并且经过多个门电路,可能会因为门电路的阈值电压差异而产生振荡(glitches)。

对时钟信号的影响尤其严重:时钟信号边沿变缓可能导致时钟歪斜(skew)增加,并可能使触发器采样时机不准确,导致系统失效。

电磁干扰(EMI):快速的边沿变化会产生高频电磁辐射,而缓慢的边沿可以减少EMI。但通常设计时会平衡速度和EMI要求,不过过慢的边沿可能不符合性能要求


当驱动器驱动多个负载时,边沿变缓的主要原因是负载电容增加和驱动器电流能力有限。

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