Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 17

5.10 проиллюстрирован графический метод решения уравнений (5,24) для линии связи (Ео =- 50 Ом) схем ТТЛ. Оценка искажений этим методом характеризуется сравнительно невысокой точностью но Рис. 5.10. Графический метод исследования искажений в несогласо- ванных линиях связи схем ТТЛ определения интересующих нас параметров /л1„, Л1„„ /л(/ н Л(/е, однако она может быть сделана достаточно оперативно и позволяет решить вопрос о применимости линии связи данного типа и длины ~ з/то р. Если затягивание переднего фронта можно не учитывать, предельная длина несогласованного соединения определяется амплитудой колебаний в конце линии, которая не должна превосходить допустимую помеху данного вида.

При передаче импульса по несогласованной линии колебания на ее конце не превышают 15% от логического перепада, если двойная задержка в линии меньше, чем длительность фронта импульса. Для этого случая длина линии (м) 1ф~ (2то р) (5.25) где 1ф — длительность фронта импульса, нс. Пример 5.1. Рассчитать допустимую длину несогласованной линии связи элементов интегральных схем серии 155. Предложено два варианта конструктив. ного исполнения линии связи: полосковая линия и витая пара.

Примем спиэл = 6, (ф = !5 нс, Сох = 3.!о-лз Ф. Параметры витой пары: диаметр проводника с изоляцией Р= 0,5 мм, без изоляции о= 0,2 мм, диэлектрическая проницаемость изоляции проводов еоо .= 4, емкость Со =- 0,5.10 — ло Ф/м. Параметры полосковой линии (ель рис. 5.2, о): (Р = 0,5 мм, Ь = 0,57 мм, 1 = 0,05 мм, й =- 0,26 мм. Р е ш е и и е. Для витой пары зоф =- (зпр + 1)/2 = 2,5, т. е. равна среднему значению между проницаемостью воздуха и изоляции проводов. По (5.9) волновое сопротивление витой пары (Ом) 2о =- (120/'1/е,ф) 1и (2РЙ) яи 90.

Подставляя (5Л) в (5,25) и решая квадратное уравнение относительно 1, находим допустимую длину экранированной витой папы ! . = 1,64 м. Для полосковой линии по (5.10) и (5.12) рассчитаем С, = 2,64 10-л' Ф/м и 2о = = 46 Ом. Далее получаем допустимую длину полосковой линни 1„ л = 0,62 м. Опмет. !о и — 1,64 м, !о.л = 0,62 м. $ $.3. ПОМЕХИ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ д! /дх = — С, д(/ /д!+ Свод(/ /д!; дро/дх = — С,д(/ /д! ~- С„д(/о/д1; д(/'/дх = — 1,, д!'/д/ — /.„, д!" /д!; д(/о/дх — /.о дг" /д! — / зо дг'/д!~ (5.25) где !', !и и (/', (/и — токи и напряжения соответственно в активной и пассивной линиях передачи. При анализе взаимодействующих цепей связи уравнения !5.26) должны решаться с учетом граничных условий, которые определ- ются входными и выходными характеристиками логических элементов, входящих в эти цепи. Решение дифференциальных уравнений в частных производных с нелинейными граничными условиями для различных форм реальных сигналов — очень сложная задача.

Из-за значительного разброса параметров цепей связи (такнх, как электрические характеристики линий связи, характеристики логических элементов) проведение точного расчета практических цепей связи нерационально. Целесообразнее выполнить относительно простой приближенный расчет перекрестных помех, уп- Перекрестньаии наводками называют сигналы помехи, возникающие в линии передачи нз-за наличия сигнала в соседних линиях передачи.

Образование перекрестной помехи связано с существованием емкостной и индуктивной паразитных связей между линиями передачи. Так как паразитная связь быстро убывает с увеличением расстояния между линиями передачи, л .г ЭЭ существенными являются наводки от двух сосед- нинин них линий. На рнс. 5.11 показаны взаимодейству- ( ющие цепи связи логических элементов. В активасси нин ную цепь связи входят элемент-источник Э/ и эле- ээ мент-нагрузка ЭЗ, в пассивную — ЭЗ и Э4. Один из логических элементов пассивной цепи является упРис.

5.11. Взаиморавляющнм, другой — воспринимающим. В соот-. действующие цеветствии с этим различают два вида включения пи связи элементов в пассивной цепи относительно элементов активной цепи: согласное (ЭЗ вЂ” управляющий, Э4 — воспринимающий) и встречное (ЭЗ вЂ” воспринимающий, 34 — управляющий). Схема взаимодействующих цепей связи с распределенными параметрами была представлена на рис. 5.1.

Переходные процессы в двух взаимодействующих линиях передачи с идентичными параметрами описываются дифференциальными уравнениями в частных производных: полняется условие /о ) 4Т«. На рис. 5.12,а показана схема взаимодействующих цепей связи после перехода к сосредоточенным параметрам. Здесь Сх " С»о(б Е1 — Е«о 1«' Сз -'= = С»о/з', Ез — Езо/з', Св — Свп/пз' а) 51 ЦВЗ ~~" ~сх я»«з ~ С,, Вы Рас.

5.12. Схема азакыодайстаующак цсцсй связи с сосредоточенными цараыстрами (п), после лкасаразацаа ахоцпых и выходных характеристик логических элементов пассивной цепи .(5) Е,=Е,о 1„,„' /„,— длина участка взаимодействия линий связи. Чтобы упростить граничные условия, необходимо проанализировать входные и выходные характеристики логических элементов пассивной линии и линеаризовать их. Полученные таким образом линейные эквиваленты входного н выходного сопротивлений элемента представляют собой оконечные нагрузки пассивной линии в схеме для расчета помехи. Обоснованием такой линеаризации являются сравнительно небольшие колебания рабочей точки от своего статического положения изза низкого уровня допустимых помех.

После линеаризацин характеристик логических элементов пассивной цепи схема, изображенная на рис. 5.12, а, будет иметь вид, показанный на рис. 5.12, б. Здесь аппп н /«'„р — эквивалентные сопротивления на левом и правом концах пассивной линии. На основании предположения о слабой взаимосвязи можно также считать, что переходные процессы в активной линии не зависят от переходных процессов формирования помехи в пассивной линии. Рассмотрим отдельно емкостную н индуктивную наводки. Емкостиая составляющая перекрестной помехи. Схема взаимодействующих цепей (а) и приближенная эквивалентная схема (б) с учетом входной емкости воспринимающего элемента и сделанных выше допущений показаны на рис. 5.13.

На эквивалентной схеме = /зэев )~по'(Яхпп +' )(пр); С . Сх -т С в«' Сз =- Со(з. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс наведения емкостной помехи, имеет вид С, «(((/' — (/с)/«В.=- (/с, /с -,' СН/с 'й, где (/" — емкостная составляющая перекрестной помехи. с 66 ростив исходные уравнения и граничные условия на основе разумных допущений.

При таком подходе можно проанализировать различные варианты схем соединений; сформулировать рекомендации для выбора линий связи на различных участках соединения, типа печатной платы, количества контактов разъемов в комбинированной линии, топологии печатных проводников. Основной способ упрощения рассматриваемой задачи заключается в замене распределенных параметров взаимной связи сосредоточенными, в качестве которых используются интегральные значения соответствующих реактивностей всего соединения. Следует отметить, что переход к сосредоточенным параметрам целесообразен лишь для коротких линий связи, т.

е. если вы- 1 В предположении линейно нарастающего фронта напряжения в активной линии (Н/«Ж = а) можно записатьс с((/п,Ж == аС,'(Сз + С) — ИспЫ(С, т С)Е Решение этого уравнения д.ля 0 ( / ( /ои будет Ь с == а/(С, (1 — е — '/'), где т = /с (С, + С); (/', (ос — перепад напряжения в активной линии и длительность его фронта. У Рве.

5.13. Схема взаимодействующих пеней Ркс. 5Д4. Напряжение а актив(а) а приближенная зквкаалсатяая схема кавс- цой линии к отрицательная це. данка еыкостной помехи (5) рекресткаа помеха (/с юах ((/ Е(Св/(Вп) (1 е )" С момента времени / - /оц помеха начнет уменьшаться по экспоненте за счет заряда емкостей: (/с= (/сщ, е (' 'Фс)/' (5.28) (5.27) Рассмотрим соотношение между отрицательной и положительной емкостными помехами для схем ТТЛ. Емкостная помеха положительной полярности наводится передним фронтом ЕТс, а отрицательная — задним (ош Отрицательная помеха опасна, если управляющий элемент в пассивной цепи находится в состоянии логической единицы, а положительная — в состоянии логического нуля, т.

е. 1фу «вых (О)+/1»х (/с =.— '"' " С,(1 — е — '/'), ,р, й..(1)+г., (5.29) Положив а = (/и'(ои, получим (/с =- ((/' ИС, Тро) (1 — е-'/'). Емкостная помеха совпадает со знаком фронта наводящего имгульса. На рис. 5.14 показаны эпюра напряжения в активной линии при переключении элемента ТТЛ из логического состояния «1» в «О» и перекрестная помеха отрицательной полярности. При / -= /Вс помеха достигает своего максимального значения где )ч',„, (1), )ч' „,„(О) — выходное сопротивление схемы в состоянии «1» и «О» соответственно; )с „.

— входное сопротивление схемы. Находим отношение ии гфТ Л...(0р.ых(0) Л.,) (5.30) СС !Фи 17»ь!х(0) Раых(1)тЛ»х) Для схем ТТЛ )с„ъ)с'„„, (1); )с„„, (1)>)х,„, (О); И„ж 1 кОм; )ч! вых (1) 100 —:200 Ом; й!вы» (О) ж 15 —;30 Ом)). Тогда (5.30) можно записать в виде Ос гфи Гсаых (1) и~ 1- Л,„, (0) (5.31) Так как гфи = 21фи, то ясно, что емкостная помеха отрицательной полярности как минимум в десять раз больше помехи положительной полярности.

б« ба Рнс. 5.16. Эпюры емкостной н нндуктнвной составляющнх перекрестной помехи прн согласном (а) н встречном включениях цепей (б) Рнс. 5.15. Эквивалентная схема наведения нндуктнвной перекрестной по- мехи Индуктивная составляющая перекрестной помехи. Эквивалентная схема наведения индуктивной перекрестной помехи показана на рис.

5.15. Оценка сверху амплитуды индуктивной наводки может быть сделана следующим образом. При линейном законе изменения фронта тока в активной линии ЭДС (В),наведенная в пассивной цепи за счет взаимоиндуктивной связи, Е = Е,1айфг, где 7а и 1ф, — перепад тока в активной линии и длительность его фронта. Тогда оценки сверху амплитуды индуктивной составляющей перекрестной помехи на левом (7пл„ и правом (.!" р концах пассивной линии соответственно будут: ()п Еп опав 1 17лев 7 (5.32) 17лав+ "ппп 1Ф! олаа+ овр а.. (5.33) !»лев+!»пр !Фг Йлев+Йпр а!а где 7 = 21;.; )уа — количество элементов нагрузок в активной цепи; г=! 7а! — ток, потребляемый г-м элементом активной цепи. Индуктивная перекрестная наводка максимальна при наибольшем количестве элементов-нагрузок в активной линии. Индуктивная помеха при согласном включении линий по знаку противоположна фромту наводящего сигнала, при встречном включении их знаки совпадают.