Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 18

Так как Щ)1фь пРи встРечном включении Ул (ус+, пРи согласном — наоборот (рис. 5.16). В реальных конструкциях линий связи имеет место как емкостное, так и индуктивное взаимодействие. Относительные поправки к длительности помехи, обусловленные нндуктивностью, имеют порядок гф7Т, « 1 (см. (12)). Суммарная помеха (В) прн встречном включении це- пей и лс 7« (уза = " " (1 — е Фи!') + "" " " (1 — е ~ф'!') (5.34) !ф !ф! (плаа+Йпр) при согласном включении цепей (7п и' ЙС»а 1»а 71 — афи1«! хс = ( — е !Фи гаЛ пп аа аа (1 — афу!а) (5.35) !Фг(Лава+~вар) Из рисунка видно, что максимальной будет отрицательная суммарная помеха при встречном включении: ~ иа Лаых (О Лах Саа! (1 — е У~+ !Фи 17аых (1)+!»ах а Аах 'а ю (1 — ~фг/х) (5 36) !Ф! Йвых (1)+17»х Считая, что 1«! =- 7оа =- сопя(, из (5.36) можно получить соотношение емкостиой и индуктивной составляющих перекрестной наводки: ис иа !ф! Саа и д!«1 вых.

Фи йва УЧИтЫВая, ЧтО дЛя СХЕМ ТТЛ (уаГФГ7(уагфи) ж 1(1», ОКОНЧатЕЛЬНО получим — = — — 10. 1'с С„ Сь 7.аа д!а (5.37) Рассмотрим отношение ис/Ул для случая отрицательной перекрестной нвводкн. Твк квк отрнцвтельпвя помеха опасна, если управляюшнй элемент находится в состоянии логической еднннны, то примем Явых = !свых (1) = = 100 —: 200 Ом. Пусть 1аа = 10. Все линни связн можно разделить нв двв класса: высокоомные (Яа 75 Ом) н ннзкоомные (ха ~ 75 Ом). К внэкоомным где й „,х (1), )ч „„(О) — выходное сопротивление схемы в состоянии «1» и «О» соответственно; )1 „— входное сопротивление схемы. Находим отношение (/с !фц /1,ы (1) (/о,~,(0)+Р„) (5.30) (/с /фо/ .оных (0) (/!вых (О+ овх) Для схем ТТЛ Я,хд )ч,ы„(1); Я,ы„(1)>)ч„„(0);!)с,„ж1 кОм; )ч',„, (1) ж 100 —;200 Ом; )1,„» (О) ж 15 —;30 Ом)1.

Тогда (5.30) можно записать в виде ~~с Яг й (1) (/,+ !-/ ~.,(о) (5.31) Так как /ф// = 2/фи, то ясно, что емкостная помеха отрицательной полярности как минимум в десять раз больше помехи положительной полярности. а) ца Рис. 5.16. Эпюры емкостяой и индуктивной составляющих перекреотпой помехи при согласном (а) и встречном включениях цепей (б) Рис. 5.15. Эквивалентная схема наведения индуктивной 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,1а//ф„где /а и /ф, — перепад тока в активной линии и длительность его фронта. Тогда оценки сверху амплитуды индуктивной составляющей перекрестной помехи на левом (/сплав и правом (/ьв р концах пассивной ' линии соответственно будут: (/п Еп /7лав / олав (5.32) /(лаз+/впр !ф/ плов т/Эпр /а (5.33) )7лев+/7нр !ф! А'лов+/7пр ма где 1а = Х1;.; 1!/а — количество элементов нагрузок в активной цепи; !=! 1', — ток, потребляемый о-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 фронту наводящего сигнала, при встречном включении их знаки совпадают. Так как «ф/ »/ф„при встречном включении (/,. ) (/,+,, при согласном — наоборот (рис.

5.16). В реальных конструкциях линий связи имеет место как емкостное, так и индуктивное взаимодействие. Относительные поправки к длительности помехи, обусловленные индуктивностью, имеют порядок /ф/Та ~ 1 (см. П21). Суммарная помеха (В) при встречном включении це- пей (/в во ва (1 е фп/о)+ )7лоа во /ва (1 — !ф//а). (5 34) (/а ЛС /а /ф! (/элав+Рпр) при согласном включении цепей а (/ /(С 1„ '-'Хс = (1 — е )— / /7 й 1 /7пр йво /аа (1 е — оф!/о) (5.35) !ф/(/~лев+/7пр) Из рисунка видно, что максимальной будет отрицательная суммарная помеха при встречном включении: (/ — 1Г !/ Йвых (О /1вх Сво (ва (1 — офо//«)+ !фо! Йвых (1)+/1вх / а //а о /'вх во ва (1 — оф// о) (5 36) !ф! живых (1)+/(вх Считая, что 1; .=- 1' = сопя(, из (5.36) можно получить соотношение .емкостной и индуктивной составляющих перекрестной наводки: (/С 1/а !ф! Све фо/ /-во Учитывая, что для схем ТТЛ (/а19!/(/а/фи) ж 10', окончательно получим (/ — = — — 10 .

С Сво живых З (/„ /.во Ла (5.37) Рассмотрим отношение (/ /(/„для случая отрицательной перекрестной наводки. Так как отрицательная помеха опасна, если управляющий элемент находится в состоянии логической единицы, то примем /1»ых = Я (1) = — 100 —: 200 Ом. Пусть /!/а =- 1О. Все линии связи можно разделить яа два класса: высокоомиые (во ~ 75 Ом) и иизкоомпые (во ° 75 Ом). К иизкоомпым вф относятся полосковые линки. к высокоомным — все остальные.

1(ля высокоомных линий связи Сэа<Еао де 10-а Ф:Гн, для низкоомиых — Сво!Еэа ~) 0,25 М 10-а Ф<Ги. Тогда по (5.37) получим: для высокоомных линий связи С;,<7; ь 1,0; для низкоомных линий связи 1/с 1СЕ 2,5. Вопрос о соотношении с»костной и индуктивной составляющей перекрестной наводки важен прн выборе способа уменьшения помехи. $5.4. МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ ПОМЕХ Проанализируем (5.34) с точки зрения выработки рекомендаций по . использованию линий связи и печатных плат в зависимости от быстродействия элементной базы. Рассмотрим случай встречного включения. При <фо ) 2,5 т экспоиенциальным членом в (5.34) можно пренебречь. Независимо от полярности помехи (5.38) <фг; <ф! (Яэх Яэых) В этом случае длительность импульса помехи приблизительно равна 1фш а ее амплитуда пропорциональна длине линии (точиее участка взаимодействия) и обратно пропорциональна длительности фронта.

Если справедливо <фп т, то разложив в (5.34) экспоненту в ряд и ограничившись двумя членами разложения, получим и и' и,= л 1+ С«1Сво+ Сох<(Сао <аэ) <а (5.39) Яэых (С»о<Ее« 'г Со<Е-э»+Сох'(Еао 1аа)) Из (5.39) видно, что при <фи - т амплитуда помехи практически ис зависит от длины линии связи (длительность помехи в этом случае прямо пропорциональна длине линии связи).

Из анализа следует, что применение однослойных печатных плат без металлизированной поверхности допустимо лишь для низкоскоростных устройств (1фп ) 2,5т), где уменьшение амплитуды помехи возможно за счет сокращения длины участка взаимодействия. Допустимая длина взаимодействующих участков линий связи может быть определена из (5.38) с учетом (1хп д. (уд,п, В случае преобладания емкостной составляющей перекрестной наводки допустимая длина участка взаимодействия (м) (д,„( (1 дал <фи'((I'<<Саа). (5.40) Для монтажа элементов в быстродействующих устройствах (14,д ~ ='т) необходимо использовать многослойные печатные платы с введением металлизированных слоев, что приводит к увеличению отношений Сво11»о, Со<(.аа, Со<Сап.

Емкостную составляющую перекрестной иа- а) АктоВ-' ~Ц коноя~Я~ ~ ~Доаао5-~ П~ к„лйкоя д, я э! !!я дкьа ~ Юык Пример 5.2. Рассчитать допустимую длину взаимодействующего участка связей <рис. 5.!7) элементов схем ТТЛ, расположенных на одном ТЭЗ, учитывая, что допустимая перекрестная помеха <удод = 0,2 В. Соединение элементов пвссиииои пепи — встречное.

управляющий элемент в состоянии логического «0». Число элементов-нагрузок в активной линии Ха .= 1О. Параметры линий (Р = »!» Ндпэл ' 5)' Ялаэ = нат ' 1 кОак аппп =- Яаых (О) =' 30 0»: (/а'< д 0.2э.10« В с: !' г, = 0,2 10« Д с. Р е ш е н и е. Лапу«си»ую длину взаимодействующего участка связей будем определять из (5.38). так как для схем ТТЛ среднего быстродействия (1фп— 1О нс) ) словие <фс ) 2.5т удовлетворяется. Проводники являются внешними по отношению к печатной плате. поэта»у еаф - (ьдпад — 1) 2. Из условия 1,'„ап ) Сп .

нщ1ольз! Я (5.38) и (5.19), полУчаем Дат )<амх Яах Со« <аз " 2!ээ (2,3!ой (2)Та '()Т' ! В)) -ь Яэ' ~~ам' !$С Яа; <твых -((Р - В) 1,.-- !) !О- (1» 1-,).Ч» < <<доп По (5.18) Сэо - 0 34. !Π— аа Ф'». Если в (5.19) пренебречь величиной (йо — В) 1аа. то 1.аа М, . 1», -0,28 !О- Гн м. Решая уравнение (5.4!! относительно <аа =. <дап. найдем <д„п --.. 0,69 м. Ответ. 1дщ, 0,69 и Определение допустимой длины участка взаимодействия печатных проводников может выполняться на основании экспериментальных данных.

В табл. 5.2 приведены экспериментальные значения допустимых паразитных емкостей между двумя соседними проводниками а одном лое, обеспечивающие помехоустойчивость микросхем соответствую!цих серий для ложного срабатывания и сбоя соответственно (см. ((8)). (5.41) водки можно уменыцить, выбирая материалы платы с минимальной эффективной диэлектрической проницаемостью. Основными способами сокращения перекрестной помехи за счет изменения топологии, геометрии и конструкции межсоединеиий являются; трассировка проводников иа соседних слоях по ортогональным направлениям; использование согласного включения цепей; увеличение расстояний между проводниками; уменьшение длины участка взаимодействия и площади перекрытия контуров, образуемых каждой взаимодействующей линией связи вместе с логическими элемен- 5) )а тами и общей «землей»; введение металлизированных поверхностей, снижающих волновое сопротивление линий связи и экранирующих смежные сигнальные слои.