Book7 (1000297), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

На задержку сигнала в коротких линиях влияют такие конструктив-
ные параметры, как длина линии, расстояние до «земли», нагрузка на
выходе линии. Короткие линии не имеют стабильного волнового со-
противления и выполняются печатными проводниками, одиночными
объемными проводниками, витой парой, жгутом.

При передаче сигналов по несогласованным длинным линиям воз-
можны многократные отражения сигнала и вследствие этого значи-
тельное возрастание времени переходного процесса, что приводит к
недоиспользованию серии микросхем по быстродействию.

Рассмотрим конструктивные способы согласования. Согласование
выполняется применением конструкций связи с высокой стабильно-
стью волнового сопротивления и введением в качестве согласующих
элементов резисторов, эммиттерных повторителей (рис. 7.3, а, б, в).

Рис. 7.3. Способы согласования линий связи сопротивлением:
а — последовательным; б — параллельным; в — с помощью эмиттерного повторителя

Линия связи будет согласованной, если сопротивление приемного
или передающего конца линии равно ее волновому сопротивлению;
для цифровых схем рассогласование на 10% является вполне приемле-
мым.

Подключение согласующего резистора R _с последовательно с выхо-
дом передающего элемента (последовательное согласование) исполь-
зуется, если выходное сопротивление элемента много меньше Z_Q .

284

В параллельно согласованной линии согласующий резистор -R_c

подсоединяется параллельно входному сопротивлению приемного эле-
мента. Способ согласования применяется, если Z_Q во много раз меньше

входного сопротивления нагруженного на линию электронного эле-
мента.

Поскольку падение напряжения на резисторах понижает уровень
передаваемого сигнала, режимы последовательного и параллельного
согласований применяются, когда число приемных электронных схем
не превышает двух. При числе нагрузок на линию больше двух приме-
няются согласующие эммиттерные повторители (см. рис. 7.3,в). Для
уменьшения рассогласования база и коллектор должны коммутиро-
ваться к линии проводниками меньшей длины.

В качестве длинных линий используются коаксиальный кабель, ви-
тая пара, ленточные кабели.

7.3. Помехи при соединении элементов РЭС
короткими линиями связи

При анализе процессов передачи сигналов короткую линию связи
можно представить в виде эквивалентной схемы, содержащей сосредо-
точенные индуктивность и емкость (омическим сопротивлением пре-
небрегают). В зависимости от геометрических размеров сечений линий,
их длины, диэлектрических свойств изоляционных материалов тот или
иной параметр линии может оказывать большее воздействие на процес-
сы передачи сигнала, чем все остальные.

Рассмотрим наводимую емкостную и взаимоиндуктивную помехи на
участке /, на котором параллельно друг другу на расстоянии d распола-
гаются две цепи, имеющие взаимные емкость С ₁₂ и индуктивность

М J2 (рис. 7.4, а) и выполненные по печатной технологии. Для этого

предположим, что в первом случае цепь (источник помех) нагружена
на источник напряжения и, а во втором случае — на источник тока /.
Взаимные емкость и индуктивность печатных проводников соответст-
венно определяются по формулам:

С ₁₂ = 0,12∙10^-12εl_r/lg[2d/(a + d)],
где ε_г — диэлектрическая проницаемость среды;

М ₁₂ = 2l {2,3lg[2l/(d + b)] + (d + b)/l}▪ 10^-8.

В случае наибольшего влияния емкостной связи между сигнальны-
ми цепями (М≈0) в соответствии с эквивалентной схемой (рис. 7.4, б)

285

Рис. 7.4. Паразитные связи между короткими линиями связи: а — общая схема;
б — эквивалентная схема емкостной связи; в — эквивалентная схема индуктивной связи

при прохождении по линии-индуктору сигнала амплитудой и и фрон-
том нарастания t ф уравнение для расчета максимальной наводимой по-
мехи имеет вид [36]

^где R _н.экв ⁼ R_вх2 R_вых2 /R _вx2 + R _вых2 ): Т= С₁₂ R _н.экв

Поскольку t_ф>>Т и R_вх>>R_вых получим u _пом≈uR_выхС₁₂/t_ф.

Для выполнения условия надежной работы элемента необходимо,
чтобы

u_пом<u_пом._доп или С₁₂<t_Фk_пом^/R_вых (^7Л>

где k_пом = u _{пом доп}/u — коэффициент помехоустойчивости элемента.
Подставив в (7.1) выражение для расчета емкости связи и решив его
относительно параметра l, найдем допустимую длину общего участка l_c

286

Неравенство (7.2) определяет условия надежной работы элементов
РЭС. Для его выполнения необходимо уменьшать выходное сопротив-
ление, длину связей и их сечения, увеличивать фронт импульсов и ко-
эффициент помехоустойчивости элементов, расстояние между линия-
ми связи, применять изоляционные материалы с хорошими диэлектри-
ческими свойствами.

В случае преобладающего влияния взаимной индуктивной связи
между сигнальными цепями необходимо учитывать значение и фронт
импульса тока, протекающего по цепи — источнику помех. ЭДС, наве-
денная на другой цепи связи (рис. 7.4, в),

u_пом = М₁₂I/t_Ф

Так как R _ВЫХ << R _ВХ, то это напряжение практически полностью будет
приложено к сопротивлению R _ВХ, и воспринято как помеха. По аналогии
с (7.2) условие надежной работы элемента имеет вид

u_пом <u _{пом.доп} или M₁₂<u _пt_Ф/I (7.3)

где и _п — порог срабатывания элемента.

Подставив в (7.3) выражение для расчета взаимной индуктивности
между проводниками и решив его относительно параметра l , найдем
допустимую длину общего участка связей

2l{2,31g[2l/(d + b )] + (d + b)/l}∙10^-8< и_п t_ф. (7.4)

Неравенство (7.4) определяет условия надежной работы элементов
РЭС. Для его выполнения необходимо уменьшить длину цепей связи,
амплитуду токов, увеличить порог срабатывания элементов, фронт пе-
редаваемых импульсов, расстояние между проводниками связей.

7.4. Помехи при соединении элементов РЭС
длинными линиями связи

Длинную линию связи при расчетах схем рассматривают как одно-
родную линию с распределенной емкостью С ₀ и индуктивностью L ₀.

Переходные процессы в таких линиях зависят от характера перепада
напряжения и _вх на входе линии и соотношения волнового сопротивле-
ния линии z₀ , выходного сопротивления R_г генератора импульсов и
входного сопротивления R_н , нагруженного на конец линии элемента
(см. рис. 7.2, б).

287

Для анализа переходных процессов в длинных линиях связи необхо-
димо знать их волновое сопротивление Z₀ . При нахождении Z_Q ис-
пользуют метод, заключающийся в определении погонной емкости С₀
линии связи, связанной с ее волновым сопротивлением соотношением

Z₀=l/(v₀C₀).
Здесь v₀ — скорость распространения волны вдоль линии:

, где μ _r - магнитная проницаемость сре-
ды; ε_r — диэлектрическая проницаемость среды.
Для большинства диэлектриков μ_r = 1, поэтому

(7.5)

Емкость между проводниками, образующими линию связи, определяет-
ся как отношение заряда на любом из них к разности потенциалов ф, т.е.
погонная емкость

(7-6)

где q — заряд на единицу длины проводника.

Потенциал, создаваемый линейным зарядом с плотностью q в точке
на расстоянии r от него, равен

φ = [q /(2 πε) ] In (1/r) + const.

При определении емкости проводников используют метод зеркаль-
ных изображений. При расчете потенциала по этому методу учитывают
заряды основных проводников и фиктивных, являющихся зеркальным изображением основных относительно поверхности раздела «диэлектрик — проводящая плоскость». Заряд фиктивного проводника при этом берется обратным по отношению к основному.

Рассмотрим определение Z_Q линии связи, об-
разованной тонким проводником круглого сече-
ния радиусом r, расположенным над проводящей
плоскостью на расстоянии h (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Определение
волнового сопротивле-
ния длинной линии
связи

288

Потенциал в любой точке на плоскости, соот-
ветствующей проводящей поверхности, создавае-
мый системой зарядов основного и фиктивного
проводников, равен нулю, и используемая раз-
ность потенциалов равна

φ = [ q /(2 πε£) ] [ In (1/r) + In 2 h ].
Отсюда, учитывая (7.5) и (7.6), находим

(7.7)

выражение (7.7) действительно для h >> r (тонкий провод). При
h /r ≥ 2 оно дает 5%-ю ошибку, при h /r ≥ 3 — ошибку в 1,5%, а h /r ≥ 5
— лишь в 0,5%.

Таблица 7.3

При h /r > 1 более точный результат получают из выражения

В табл. 7.3 приведены формулы для расчета волнового сопротивле-
ния связи различной конфигурации.

Характеристики

Список файлов книги