Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год (999411), страница 16
Текст из файла (страница 16)
5.3, а) взаимная емкость (Ф/м) на единицу длины прн )5И~! Слой 1 — 2 Слой 1 — 3 Слой ! — 4 Слой 1 — 5 а, мм . 7,08 0,388 0,206 0,149 0,120 0,102 0,09 1,672 0,367 0,20! 0,146 О,!!9 0,10! 0,089 . 0,846 0,335 0,194 О,!43 0,116 0,099 0,088 . 0,572 0,304 О, 032 О, 136 О,! 11 0,095 0,084 . 0 1,25 2,5 3,75 5,0 6,25 7,5 79 при )5'/«(« 1 С»о 27,8 10-««еэф'1п (4+4«(/йУ). (5.18) Относительные погрешности формулы (5.17) не хуже 0,01',4; формулы (5.18) не хуже 0,04"'о. Здесь под «ъ» и ««» понимается разница, большая чем в десять раз.
Внутри указанной области отношения Ч»/«( обе этн формулы обеспечивают точность, достаточную для оценочных расчетов. Взаимная индуктивность печатных проводников (Ги) Мы« =- 21»о(2 3 1оп(2 йг/(!(+15)) + (Ы+ йг)«1»о — '1) 10-», (5.19) где 1„, — длина участка взаимодействия линий связи. Для печатных проводников на плате с металлизированным слоем (рис. 5.3, б) взаимная емкость (Ф!и) С»о =- 0,333 еоф/(Г(Г + 2)р (х) (р(х)+О !75.Г/х)) 10-», (5 20) где Г=2Й)У/; х=2Ь/!5'; р(х) — --2агс1ц — + — )п(4х'+1); 2« 2 е,ф — — (е + 1)/2, т.
е. е„ь б) д) равно среднему арифметическому между проницаемостью диэлектрика е„„„ н воздуха . Печатные проводники азиы х 0 но о Рис. 5.3. Печа кые проводники иа повеР. иосп! разных слоях одн р д (а и б) и иа резвых слоях (в) одиородиого ного диэлектрика. Взаимдиэлектрика ную емкость печатных проводников на разных слоях однородного диэлектрика (рис. 5,3, в) называют межслоевой и рассчитывают по формуле (5.14), которая справедлива при )5'/Ь) 10, так как не учитывает краевого эффекта. С учетом краевого эффекта С»о =- (2?,8е,ф/(х р(х))).10-", (5.21) где х и р (х) — то же, что и для формулы (5.20).
Стандартизация основных параметров печатных плат и соединений позволяет широко использовать значения паразитных параметров„ полученные экспериментально и цифровым моделированием на ЭВМ. На рис. 5.4 изображены зависимости межслоевой взаимной емкости С„10'о, Ф!и от ширины !!7 печатного проводника при е„» — — 6 для случая, когда проводники расположены строго друг под другом на МПП и двусторонней печатной плате (см. 116)). Значения межслоевой емкости С,„.10'о (Ф/м) при различных смещениях проводников, полученные цифровым моделированием на ЭВМ, приведены ниже: Ширина печатного проводника — )52 = 0,5 мм, толщина изоляционного слоя Ь = 0,13 мм, эффективная диэлектрическая проницаемость е,э= = 5,5.
Смещение между осями печатных проводников (рис. 5.5) меня- лось от 0 до 7,5 мм с шагом 1,25 мм. Таблица 5.! Взаимная емкость с„го, Ф7м Взвимнвя емкость С„1аы. Ф1м х и о г н о для двусторонних печатных плат для двусторонних почетных плат 00„10 'З, Ф/и е,а 5.5 нелвкиро- пикировки ванные прн ныв яри в,1,=3,5 в .=5,0 зэ ввлвкиро- лзкироввн ванные прн ныв при взэ 5,5 ева 5'о и г цн 0,0 2,0 2,0 l,п 10 0,0 а ага 0,5 адп 40 г,гп 1,5 и 1П ли Рис.
5.4. Зеввсвыости Сш от ширины печатно. го проводника: l — для ДПП толшниоэ 1,5 ммг 2, 3, 4 — для МПП при голпгннв нзоляпнонвого слоя 0,15; 0,25; 0,5 мм Ркс. 5.5. Смещенные печатные проводники яэ разных слоях однородного диэлектрике к о о о. й о. Ня 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,6 и о 8 и. з я хн н н; о, о* и о гз и 0,3 0,4 0,5 0,6 1,0 1,5 0,2 0,53 0,47 0,44 0,42 0,33 0,32 0,70 0,75 0,68 0,63 0,60 0,48 0,45 1,00 и* но но Еш г ш ь ц "н! к8 э ы5и 0,9 0,81 0,75 0,72 0,57 0,54 1,20 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 ц 8 с з дн и с ом н и оз и 0,3 0,4 0,5 0,6 1,0 1,5 0,67 0,60 0,56 0,53 0,46 0,39 0,95 0,85 0,80 0,75 0,65 0,55 ми ни и и . о.
йиц о »$ э о 1,!4 1,02 0,96 0,90 0,78 0,66 Взаимные емкости для печатных проводников, расположенных на одном слое, при различной ширине печатных проводников и зазоре между ними приведены в табл. 5.1. На рис. 5.6 изображен график зависимости л для различных вариантов расположения печатных проводников и , Фгги 0,7 0,5 гз'!П ь Гч/и О,пм 0,4 О, 011 0,5 О,ОМ 0,015 0,2 О,ОИ а, пап 0,1 01 аг аз Пеапаадтдп! г П и (5) 00" дгОППО ! 2 емма,и иг, )к4! Рис.
6.6. Зависимость коэффициента Ел от пара- Рис. 5.7. Зависимость нклукметров печатного монтажа я платы тивкостя печатного провод. нике от его ширины соотношения геометрических параметров печатного монтажа и платы (см. П61). Емкость проводника (Фlм) (5.22) Се =- йпевэ 10-2', где е,е — эффективная диэлектрическая проницаемость среды.
График зависимости индуктивности печатного проводника от его ширины изображен на рис. 5.7. ВВ $5.2. ВЫБОР ТИПА ЛИНИИ СВЯЗИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЕ ДОПУСТИМОЙ ДЛИНЫ С УЧЕТОМ ЭпзпзЕКТА ОТРАЖЕНИЙ вЂ” — ~З 2,5 02, ' Оя ~ ггк 1 и к и„ 22 ! 1 В! В процессе распространения сигнала но линии связи может происходить его отражение от схемных или конструктивных элементов.
Отражение от конструктивных неоднородностей значительно меньше искажает сигнал, чем отражение от схемных элементов, по- О) этому анализ эффекта отраже- !31 !Ея 1 !Ел ний в несогласованных цепях сводится к исследованию переходных процессов в однородных линиях передачи с ,'Н и,' дискретными неоднородно- 1 ! стями. 1 Рассмотрим соединение 1 двух логических элементов 3 схем ТТЛ как элементарную цепь связи (рис, 5.8). Здесь; Рис. 5.8. Схема соединения логических эле- 7 — выходное соп"отнвле- "еитов ттл (и) " пРедставление ее в виде , — выходное сопротнвле- элементврной цени связи (б) ние элемента-источника 31; 22 — входное сопротивление элемента-нагрузки 32; 2е — волновое сопротивление, ! — геометрическая длина линии связи, ПУсть генеРатоР в момент вРемени 1о выРабатывает иДеальнУю стУ- пеньку напряжения (7„.
Если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению линии, т. е. 22 =- Л„то линия работает в согласованном режиме — эффект отражения отсутствует, так как нагрузка целиком поглощает сигнал. В том случае, когда 22 ~ 2о и 21 ~ Хе, а) ц,в о /р га за ча е,на рнс, 5,9, Искажение положительного (а) н отрицательного (б) фрон- тон импульса возникновению колебаний Л(/+ и Л(/ наотрицательномфронте(для схем ТТЛ). Искажение сигнала возрастает с увеличением длины линии и рассогласования цепи.
На рис. 5.9, а показана форма положительного фронта импульса на конце линии (Уо — 50 Ом, та р - — — 6,5 ис/м) различной длины при наихудшем сочетании между вольт-амперными характеристиками элементов схем ТТЛ и Яа (см. [23[). Степень искажения положительного фронта импульса оценивается параметрами Л1„и Лг„с, измеряемыми соответственно по уровням 0,5 и 0,95 амплитуды импульса.
Параметр Л1, „характеризует задержку положительного фронта сигнала в линии связи, Л/„ос — время восстановления помехоустойчивости. Как видно из графиков, в длинных соединениях (около ! м) Л1„ может превысить задержку элемента 1«,', что необходимо принимать во внимание при разработке временной диаграммы.
Параметр Л/„, может достигать (3 †; 4) 1," и его необходимо учитывать при определении частоты синхронизации. Искажение отрицательного фронта импульса при различной длине линии (2о =- 150 Ом и т,.р — — 5 нс/м) показано на рис. 5.9, б. Колебания отрицательной полярйости Л(/ на одном из входов элемента могут создать на запертых по другим его входам переходах многоэмит- в2 через время Т„2Т,„3Т, и т. д. сигнал будет поочередно отражаться от конца К и начала Н линии с коэффициентами Коа = (2« — 2о)/(2« -)- Яо) и Ко, —. (Уь — Ео)/(2, + 2о). Здесь Т, =- /т,. р, где та. р — задержка распространения сигнала иа единицу длины линии связи. Таким образом, в любой момент времени, в любой точке линии напряжение равно сумме 5 ю -- (/„Ло/(л«+Хо) и всех последующих отраженных фронтов импульсов, успевших появиться к рассматриваемому моменту времени.
Влияние эффекта отражений приводит к затягиванию процесса установления положительного фронта импульса и В и,в 4 терного транзистора напряжение, превышающее пробивное. Колебания положительной полярности ЛУ+ могут привести к ложному срабатыванию схемы. Как видно из рисунка, колебания Л(/е при длине около ! м имеют большую длительность и будут восприниматься элементом-нагрузкой как статическая помеха. Выполнение массовых соединений согласованными связями встречает определенные технические и технологические трудности, поэтому задача конструктора заключается в выборе типа и определении допустимой длины несогласованного соединения, которое обеспечивало бы требуемое быстродействие и помехоустойчивость. Анализ искажения сигнала в линии связи может быть выполнен в результате исследования переходных процессов в элементарной цепи связи (см. рис.
5.8, б). Так как активное сопротивление и проводимость изоляции малы, то потерями, вносимыми параметрами )со и Са. можно пренебречь. Тогда процессы распространения сигнала в линии передачи будут описываться дифференциальными уравнениями в частных производных: д(//дх =- — /.о д(/д1; д//дх =.- — Са д(//д1, (5.23) где х и 1 — координаты расстояния и времени. Аналитическое или численное решение уравнений (5.23) для сигналов нестандартной формы с учетом граничных условий, которые определяются характеристиками схем, соединяемых линией передачи, представляет значительные трудности.
Решение этих уравнений в дискретные моменты времени с шагом Л1 = Т, можно свести к решению следующих уравнений: 1„(т) — 1„(т — 1)-- — [(/„(т) — (/„(т — 1) Ыо, (5. 24) 1„ (т) — Е„ (т — 1) =-- [(/„ (т) — (/а (т — 1)) Уо, где 1„, (/ „, 1„, (/„— токи и напряжения соответственно в начале и конце линии; т = 1!Т,. Граничные условия для этих уравнений определяются выходным сопротивлением элемента-источника 2, и входным сопротивлением элемента-нагрузки Еа. Так как параметры 2, и 2» нелинейны, то численно решить уравнения (5.24) трудно.
Для оперативной оценки искажений при передаче сигнала по линии связи можно использовать графический метод. Рассмотрим применение этого метода на примере анализа искажения сигнала в цепи связи двух элементов ТТЛ (рис. 5.8,а). Граничными условиями для решения уравнений (5.24) будут: выходная характеристика элемента Э1 в состоянии логической «единицы» (кривая 1 на рис. 5.10) и входная характеристика элемента Э2 (кривая 2) при построении переднего фронта (/1Ф) импульса; выходная характеристика элемента Э1 в состоянии логического «нуля» (кривая 3) и входная характеристика элемента Э2 при построении заднего фронта (ЭФ) импульса.
Точки, характеризующие режим в дискретные моменты времени в начале или в конце линии, находятся как точки пересечения: кривой 1 и линии с наклоном Ло для переднего фронта импульса в начале ли- нии; кривой 3 и линии с наклоном хо для заднего фронта импульса в начале линии; кривой 2 и линии с наклоном — ло для импульса в конце линии. Прямые с наклоном2о и — Ео проводятся всоответствии с уравнениями (5.24) из точек, характеризующих режим в конце или в начале линии в предыдущий момент времени. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
