Л1-Савельев, Овчинников - Конструирование ЭВМ и систем - 1984 год, страница 20

Вследствие особенностей конструкции индуктивность контакта разьема довольно значительна (порядка 30 нГн). Уменьшение ее связано со значительным усложнением конструкции разъема. Пример 5.5. Оценить помеху Г/»те для схемы, показанной на рис. 5.20, УчитываЯ в Еэнв только индУктивйость контактов Разъема. ПУсть 1У = 10; Ьк = 3.10- Гн; !Пф = 0,3 1О' А/с; па = 2 — число разъемов в цепи питания и «земли»; и, = 2 — число контактов в каждом разъеме, используемых для под. вода питания и «земли».

Р е ш е н и е. Помеха Упк« = л» (!„/кй /«'!/! г — — 2 (3 !О в/2) 1О 0,3 Х Х10в 009 В Ответ. 1/ = 0,09 В. Ясно, что для сокращения значения (/и„, следует отводить большее число контактов разъема для цепей питания и «земли». й ка. АнАлиз кОнструктиВнОЙ ТОПОЛОГИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ИХ СВЯЗЕЙ На этапе технического проектирования анализируются искажения сигналов для оценки помехозащищенности элементов и выполнения требований по быстродействию при реальном конструктивном воплощении схемотехнических решений. Рассмотрим пример исследования топологии межсхемных соединений ТЭЗ ЕС ТООО/0004 процессора ЭВМ ЕС-1030 только с точки зрения помехозащнщенности элементов. На данном ТЭЗ реализованы два разряда регистра адресного слова памяти (РАСП) с соответствующими схемами управления.

Триггер одного разряда построен на элементах С16, В/6 и 616, а триггер другого — на элементах К16, 116 и Р16 (рис. 5.23). Из схем управления нас будут интересовать только элементы Е10 и 010. На рис. 5.24 дан чертеж одной стороны платы этого ТЭЗ, причем изображены только указанные выше микросхемы и печатные проводники линий передачи сигналов установки в единицу (пунктиром показаны части этих проводников, проходящие по другой стороне платы).

Сигналы установки в единицу триггеров РАСП приходят на 34 и 32 (см. рис. 5.23) контакты разъема с регистра слова состояния программы (РССП) и далее через элементы 1)4-1 и С4-1 на контакты триггер соответствующего разряда РАСП. В том случае когда один из разрядов РАСП устанавливается в единицу, а другой остается в нуле, возможно возникновение перекрестной помехи, причем включение элементов взаимодействующих цепей — согласное.

Взаимодействием элементов линий связи цепей 1 и !!, кроме // частей, расположенных на ТЭЗ ЕС ТООО/0004, можно пренебречь. Из рис. 5.23 и 5.24 видно, что на плате ТЭЗ ЕС ТООО/0004 контакты цепей 1 и !! являются близрасположенными, а печатные линии имеют значи. 32 34 ,/т /Б !1 /2 /3 1»» /Б /Б 22 Рис. 5.23. Принципиальная электрическая схема ТЭЗ РАСП Рис. 5.24. Чертеж одной из сторон платы ТЭЗ ТООО/004 процессора ЭВМ ЕС-1030 тельный участок взаимодействия аа — ЬЬ. В данном случае необходимо оценить перекрестную помеху (/к только положительной полярности на входе элементов Е!О или 1!10.

В пассивной цепи наводится также помеха (/„„, положительной полярности (управляющий элемент этой цепи находится в состоянии логического нуля). Таким образом, на входе элемента Е10 или 1',/10 суммируются помехи с/к и //и„. 4 А Н. Савельев, В. А Овчвннннов РУ 04 и 05 микросхем В4 и В2 соответственно. Связи РАСП и РССП относятся к внутрипанельным и выполнены витыми парами.

Можно выделить две взаимодействующие цепи (1 и 1!), в каждую из которых входят: триггер РССП вЂ” печатная линия — контакт разъема — витая пара — контакт разъема (ТООО/0004) — печатная линия — схема управления (элемент Е10 или Аа01 1а П /2 13 14 15 /Б т22» л Г/1О) — ПЕЧатНая ЛИНИЯ— Для расчета ()в воспользуемся (5.35), а для помехи ((вят — (5.42). Исходные данные для расчета. Для интегральных схем ТТРН й„ы„(0) = = 30 Ом; йвх = 1000 Ом; Р!1+ =. 0,2 10а А/с; Уа11+ —. 0,25 10а В(с; 1'Иа! .- 0,35 10а А/с; Бай = — 0,4 10а В/с; Дм ==. 1.

4кг— Для контактов разъема: 1.в = 2 1О-з Ги; Дв,и =- 6.10-а Гн; Св,„= 0,8 Х Х 10-гз Ф; для печатных линйй (из рнс. 5.24) 1,а Г-68 10-а м. Так как параметры печатных линий те же, что и в примере 5.2, то С, = 0,34.10-за Ф(м; Тва = 0 28 1О-' Гв'м. Включение взаимодействующих цепей согласное, поэтому индуктивная составляющая перекрестной помехи, наводимая по переднему фронту, будет иметь отрицательную полярность, а по заднему — положительную.

Оценим соотношение емкостной и индуктивной составляющих. По (5.37) для печатных проводников и контактов разъема соответственно получим: С, (,„йа 0,28. 10- Так как в данном случае преобладает емкостная составляющая, суммарная перекрестная помеха положительной полярности будет наводиться передним фронтом. В данном случае выполняется условие 1<, ~ 2,5 т, поэтому экспоненту в выражении (5.35) можно опустить. Рассчитаем перекрестную помеху отдельно для печатных проводников и контактов разъемов: й.х й., (О) и' й.ах ()влр =- Свв (вв 1.,в („— йвх ' йвых (0) 14~гг йвх+йвых (О) (ег 0,34 ° 10-'в 98-10-з 0,25 10з — х !000-г30 1000+30 х 0,28 10 '98 10-з 0,2 1О' = 0,0238 В; (1а й Та Р й,+й,,(0) '" 147, й„+й...(0) '" 1ф1 0,8 10-ы 0,25 10' — — б 10-'0,2 10а =0,0045 В.

1000+ 30 1000+ 30 $5.Т. РЕКОМЕНДАЦИИ ЛО КОНСТРУИРОВАНИЮ ЛИНИЙ СВЯЗИ Эти рекомендации формулируются по результатам исследования искажений сигналов из-за различных эффектов. На основании анализа искажений от эффекта отражений при наихудших сочетаниях влияющих факторов оценивается допустимая длина несогласованной невзаимодействующей линии связи и увеличение задержки сигнала, Исходя из допустимой перекрестной помехи находится максимальная длина взаимодействующих участков межсхемных связей при различном числе разъемов в цепи с учетом возможности суммирования помех, наводимых несколькими линиями связи.

Оценка помехи по цепям управления позволяет определить допустимую длину управляющей линии связи, ее конфигурацию, число разъемов и число контактов в ней. По результатам анализа помехи по цепям питания рассчитывают их основные параметры, выбирают способ подвода питания н «земли». При этом формулируют также рекомендации и ограничения на совместную или раздельную компоновку элементов функциональной или принципиальной схемы, на размещение конструктивных модулей и трассировку, Рекомендации по выполнению линий связи. 1.

Необходимо соблюдать ограничения на допустимую длину невзаимодействующих линий связи. Например, для схем ТТЛ при 16 ж 10 нс максимально допустимая длина несогласованного печатйого соединения не должна превышать О,б м, а внутрипанельного соединения витой парой — 1,0 м. Линии связи длиной 1 — 3 м, не выходящие за пределы устройства,.должны выполняться согласованной экранированной витой парой.

Линии связи длиной более 3 м или выходящие за пределы устройства следует выполнять коаксиальным кабелем. 2. Необходимо учитывать увеличение задержки сигналов при передаче их по несогласованной линии связи. Для схем ТТЛ среднего быстродействия приращение задержки при передаче сигнала по несогласованной витой паре можно определить по табл. 5.4. (где 1» ( 2 м). Таблица 5.4 81х+50 61в+6 11 Суммарная перекрестная помеха ()в = 0,0284 В. В пепь прохождения (у„я, входят по одному контакту двух разъемов, поэтому (7 „= 2 7.в7а~16+1 = 2.2,10 — з.О 2,!Ов 0 008 В Так как у схем ТТЛ для положительной помехи Уи,„= 0,4 В, конструктивную реализацию рассматриваемой части схемы следует считать удачной.

Рнс. 0.28. Частнч ное экраннрова нне печатных про водников «зазем ленным» раздели кзн)нм проводив ком Таблица б.б Количество параллельныя провод. инков допустимая длина участка взаямодеаствия 1мм) при ширине Л (мм) зазора между вроводниками 240 140 110 100 210 128 100 00 180 11О 90 88 1?0 100 88 70 140 88 70 бб 3. Обратные провода витых пар должны подсоединяться к «земле» на приемном и передающем концах. Следует ограничивать длину раздельной части витой пары и число обратных проводов, приходящихся на один контакт разъема. Например, для схем ТТЛ длина раздельной части витой пары должна быть ~З см, а к одному контакту «землив можно подсоединять не более трех обратных проводов.

4. Монтажная плата для выполнения внутриблочиых соединений объемным монтажом должна иметь экранирующее покрытие со стороны монтажа. Экран должен быть соединен с шиной «земли» печатных плат. 5. Сигнальные проводники в соседних слоях следует проводить под углом 90 или 45'. Необходимо ограничивать длину взаимных участков межэлементных связей в одном слое с учетом числа взаимодействующих цепей и количества разъемов в них.

Например, для связей схем ТТЛ среднего быстродействия, выполняемых печатными проводниками в пределах ТЭЗ, допустимая длина участка взаимодействия не должна превышать значений, указанных в табл. 5.5. Введение разъемов во взаимодействующую цепь приводит к сокращению допустимой длины участка взаимодействия примерно на 25"о на каждый разъем ( если контакты разъемов являются соседними). Взаимосвязанные соединения на части длины, превышающей допустимую, выполняются экранированным проводом или коаксиальным кабелем.

б. Необходимо сокращать длину печатных проводников, по которым передаются сигналы синхронизации, удалять их от других сигнальных линий или выполнять частичное экранирование разделяющим печатным проводником, соединенным с общей «землей>, как показано на рис. 5.25. 7. Разводку литания и «земли» следует выполнять проводниками с низким сопротивлением. Всю свободную площадь в слое рекомендуется использовать для шин питания и «земли>. 8. Шины питания и «земли> в соседних слоях следует располагать друг под другом для увеличения емкости конструктивного фильтра.

9. Для уменьшения помехи по питанию индуктивного характера необходимо шины питания и «земли> делать секционированными и использовать развязывающие конденсаторы. ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ й 43. ГВПЛООВМВН В ЗВМ Увеличение плотности упаковки компонентов и скорости переключения элементной базы приводит х росту удельной мощности рассеяния. Значительная часть потребляемой активными элементами ЭВМ электрической энергии превращается в тепловую, что повышает температуру конструкции.

Большинство элементов конструкции имеют температурно-зависнмые свойства. Колебания температуры конструкции приводят к изменению размеров деталей. В деталях из пластмасс повышение температуры приводит к возрастанию электропроводности, что создает утечки тока через них. В магнитных материалах при высоких температурах снижается индуктивность насыщения в сердечниках, а при достижении точки Кюри магнитные свойства вообще пропадают. В полупроводниках при колебаниях температуры изменяется плотность и подвижность носителей тока.