Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 53
Текст из файла (страница 53)
При использовании компараторов нужно выбирать такие типы ИМС компараторов, которые имеют выходы, совместимые с используемым типом логики, Если по каким-то причинам нет возможности использовать ИМС компаратора, то в эщм случае в качестве комп аратор о в желательно применять операционные усилители с одним напряжением питания. При использовании операционных усилителей в каче- .,- стве компараторов входные цепи цифровых микросхем нужно защищать диодно-: резнстивными цепями.
Эти цепи могут быть самыми разнообразными, их задачазашигить вход от повышенного входного и отрицательного напряжения. 21.3. Дискретное управление нагрузкой от элементов ТТЛ н КМОЙ С помощью логических элементов ТТЛ и Ю1ОП достаточно просто управлять ус|ройствами релейного типа, такими, как лампы или светодиоды, элок:ромеханические реле, цифровые индикаторы, и даже коммутировать нагрузку в цепях переменного тока. Основная задача- со~ласовать токи и напряжения, необходимъ|е для дискретных устройств, с выходными параметрами цифровых микро схем.
Существует три подхола к решению таких задач. Первый — нсполъзовапле ИС, выходные каскады которых в состоянии выдавать необходимые сигналы, например, коммутировать высокий ток нагрузки или высокое напряжение. Прл небольших токах и напряжениях, например, для управления светодиодным шв;зпкатором (рис 2 К 8а) или маломощным реле, нагрузка подключается непосредственно .. 302 ::: ' тинному выхолу.
Ситналы помощнее можно ~юлучить, используя схемы с 8твити -:,~~:",~~ьзмколлектором (рнс.21.8, б). Диод в этой схеме обязателен, он щунтирует ':: 1Ч~1тгвньгй выброс противоЭДС, который появля ется при запирании выходного ':, -:" Вигстора микросхемы, обеспечивающего прохождение тока через обмотку реле 'г;,.-'"ч При втором подходе выход цифрой микросхемы подключается к элекгз ~омуключу на полевом или биполярном транзисторе, который усиливает ;""~д~~л по току и напряжению и согласовывает с нагрузкой (рис.21.8, в) ми и '~Ъя ыс гтл ,5',$~6;'21.3, Примеры управления дискретной нагружой от элеменгов ТТЛ и КМОП Третий способ — использование оптронов.
Этот способ дает преимуще ,", 'Ффюта том, что выходная цепь гальванически развязана от нагрузки. Токи ',.' Ф~Фгодиодов оптронов достаточно малы, оптроны могут управляться от лю;";,' ~.типов ИС (рис.21.8, г) Дяя.управлении нагрузкой персменного тока проще всего использовать ':,. 'птйердотельное реле", как показано на рис.2! .8, д. Это реле представляет со':;-',о)зитриак (оптосимистор) с оптической связью, имеющий вход, совместимый '-;: а1ПЛ1, и иагрузочную способность по току от 1О до 40 А при коммутации :иаьрузкн переменного тока под напряженнем 220 В 21.4. Передача цифровых сигналов арн наличия помех Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации элекгронных схем ';;;:%Мается борьба со сбоями из-за помех.
Такие помехи мокн ут возникать как не ';:.;41))ва)ейственно на печатных платах, так и при передаче сигнала по кабелю. В тех ...,,"",--,*-,.' чаях, когда цифровые сигнаты должны передаваться по кабелю или между 303 измерительными приборами, возникают специфические проблемы. Важнук> роль .'„' ". играет влияние емкостной нагрузки на высокочастотные сигналы„синфазиые перекрестные помехи, а также на "эффекты длинной линии" (отражения от и . согласованной нагрузки). Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания на внутри.,'..: платных соединениях. Типовой проблемой появления помех на печатной пла. те является наличие токовых импульсов в цепях питания микросхем.
Первой причиной появления таких импулъсов является наличие сквоз ного тока переходного процесса в выходных каскадах цифровых микросхем, Двухтактная выходная схема элемента ТТЛ и КМОП состоит из двух после довательно соединенных транзисторов, включенных между шинами У и земли. Когда состояние выходного каскада изменяется, оба транзистора кратковременно оказываются в открытом состоянии. В это время от шины с>' на зем,,-,'.- лю протекает импульс тока, который создает короткие отрицательные выбросы на шине У и короткие положительные выбросы на шине земли.
Эта ситуация иллюстрируется на рис.21.9. Предположим, что ИМ С 1 пер ек лочаез ся, и от источника т5 В к земле кратковременно протекает значительный ток, путь которого показан на рисунке. Этот ток в сочетании с нндуктивностью проводников У и земли вызьгвает короткие выбросы напряжения относительно опорной точки заземления. Эти выбросы малой длителъности привести к появлению паразитных импульсов на выходе схемы. Предположим, что ИМС2 расположена рядом с епереключивщейсяя микросхемой. ИМС2, на выходе которой действует постоянный сигнал низкого уровня, " '.
управляет входом ИМСЗ, расположенной еще дальше. Положительный выброс, лейстаующий на земляном проводе ИМС2, появится также на выходе послезщей, и при его достаточной величине воспримется схемой ИМСЗ как непродолжительный сигнал высокого уровня. Таким образом, на выходе схемы ИМСЗ, находящейся на некотором расстоянии от источника помехи — схемы ИМС1 появляется полноценный выходной импульс, нарушающий нормалъную работу всей системы. " >г '>е Ол Л~ ал э лэ» >э>у: >ыця Рис. 2! .9.
Помехи на шине земли из-за сквозного тока ИС 304 Лучшим средством против подобного явления является в) использование по всей плате мощных земляных шин и даже значи- ..;~~~~ныл "поверхностей заземления" 1одна сторона двухсторонней или много ,:;.; ~й~~ниней печатной платы целиком отводится под поверхность заземления), ,„'5-,,: 'б) многократное шунтирование цепей питания по всей плате с помощью ,", "бйдвнсаторов. Применение умощненных шин 1пониженные индуктивность и „:: яяяиервтивлеиие) уменьшает индуцированные выбросы тока, а благодаря пали ': ~ф-Конденсаторов, включенных между шинами земли и Ь' и распределен ;,"-'~~ййпо всей плате, токовзяе броски распространяются только по коротким вет,-;,'деМ, Что в сочетании с пониженной индуктивностью дает существенное сни '„'-. ~1ясие величины выбросов (конденсатор действует как локальный источник„ ;;;."й~ф4жение которого за время действия короткого броска тока заметно не -'~явояется).
В устройствах на элементах ТТЛ лучше всего около каждой ИМС ~фиавливать конденсатор емкостью от 0,05 до 0,1 мкФ, но может оказаться :!;;".-вйствточиым иметь один конденсатор на каждые две или три ИМС. Кроме -;; З1щр;для хранения энергии неплохо распределить по плате несколько конден , ц'щфдбргов большей емкости (например, 6,8 мкФ, 35 В), Шунтирующие кондея- ":; Вядп~ы рекомендуется включать между шинами источников питания и земли :;::, 'илевавзгсимо от того, цифровая эта схема или аналоговая. Конденсаторы обес- 1:;::"::;::::вбивают низкий импеданс шин источников напряжения на высоких частотах, : ":~Ф'-препятствует возникновению связей между элементами через источник г*'Н$яаряуитированные шины питания могут служить причиной воз-никновения .: ' уазвгрмальных режимов, генераций, помех Ваорой причиной выбросов является емкость нагрузки.
Даже после того, : .' ййх:Шпиги питания зашунтированы, импульсные помехи по шине земли возя1блгйы. Почему это так, показано на рис.21.10 и ьлосю аоки / ~ ~, эвч ложииси»а ииыз нш ! Е ои ~л ди ии и~ин 'и ~~~ ~ Рис. 21.10. Помехи на шине земли из-за емкостной нагрузки Для выхода цифрового элемента частью общей нагрузки является ем; ':звгягь монтажа и входная емкость элемента, которым управляет этот выход 1ти ,"'"?~~)1ое значение лежит в пределах от 5 до 10 пФ). При резком переключении 305 выхода из одного состояния в другое через такую нагрузку протекает довольно большой ток, величина которого завит от скорости нарастания напряжения и величины паразитной емкости.
Этот ток протекает по шине земли, производя импульсные помехи. В синхронных схемах, где несколько элементов переключаются одновременно, проблема паразитных выбросов еще более серьезна. В печатных платах больших размеров с протяженными соединениями и шинами заземле- ' ния выбросы тока могут приводить к ошутимым неприятностям. Для снижения уровня помех лучше всего использовать массивные шины земли (чтобы получить малые величины иидуктивности) и наикратчайшие связи. Наличие фильтрующих конденсаторов обязательно.
Естественно, конденсаторы должны иметь малое сопротивление для высокочастотных сигналов, поэтому для фильтрации берут те конденсаторы, которые имеют малые паразитные индуктивности. Хороший эффект дает параллельное подключение конденсаторов с большой емко стью (у них обычно большая паразитная индукпгвность) и малоемкостных конденсаторов с малой паразитиой индуктивностыо. Помехи в сигнальных линиях.
При передаче сигнала по кабелю важнучо роль играет влияние емкостной нагрузки на высокочастотные сигналы, перекрестные помехи, электромагнитные наводки, а также на "эффекты длинной линии" (отражения от несогласованной нагрузки). В связи с тем, что линии пз отдельных проводников подвержены действию помех, для связи с удаленными устройствами используются витые пары или коаксиальные кабели. Наилучшим способом передачи является оптоволоконный кабель, исключаюгции воздействия электромагнитных помех, но он дорог.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
