Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Дополнительные сведения "счет приведены в главе 5. 4.5 2 с)дектрические проводники Э Рз ' Р ческие пРоводники ЯвлЯютсЯ средой, по котоРой электРические сигналы лскт и прост Раняются в пространстве. Передаваемый по проводнику сигнал по мере уда- Глава 4. ВхоД и выхоД физических пРодн еьй 154 сование и передача сигналов 45 Согда иипсдаис линии УО ПРимер 4.8 1 уА С где ка6едь с 50 Ом едаеесояе пения от источника подвергается изменениям, определяемым физическими харя нее ристиками линии передачи. Поэтому проводники должны рассматриваться и ав яяя зироваться как отдельный элемент системы "датчик — согласующие цепи-упраэя яь щий компьютер". Передача постоянного тока — простая задача в тех случаях к сея им недано проводника мал по сравнению с импедансом приемника на конце янин Передача импульсов или других быстро меняющихся сигналов порождает, как „ вило, некоторые проблемы.
Если длина линии такова, что время распространения,„„ нала между концами линии соизмеримо с величиной периода сигнала или вречене„ нарастания, возникают побочные эффекты (скорость распространения злектрнчее~ го сигнала по линии примерно равна скорости света 300 10 км/с - 300 м/мкс) 0, 3 ним из таких эффектов является отражение сигналов (рис.
4.21). Рис. 4.21. Отражение сигнала при неправильном согласовании импедаисов между Ян- нией передачи и оконечным элементом — УО 'с 21 Линию передачи можно представить в виде двух параллельных проводов, ииеп щих распределенные по длине индуктивность Т, и емкость С(Т. и С вЂ” удельныезняяг ния на единицу длины). На высоких частотах общая нагрузка, создаваемая Распрене льной ленными емкостями, становится больше резистивной. Входнои сигнал в произволы' точке линии будет распространяться в обоих направлениях со скоростью бянее Сигнал, распространяющийся вдоль линии, имеющей на конце импеданс УР у частично отражен с коэффициентом отражения р, определяемым формулой 21 — 7о Р= 21+ Ео „нся называе я чарактеристи еским импедансом линии.
Следовательно в идеа, ь случае, чтобы избежать отражения, импеданс нагрузки должен равняться хар тсристическому импедансу _#_1 = ХС. мер 4.7 Перед дача импупьснОГО сигнапа Д „импульсного сигнала, передаваемого по линии, связь между напряжен током в момент импульсаесть Те = Ез й Если линия разомкнута напришеем и то емном к конце (уг = оо), то ток не может свободно циркулировать, т. е. он полностью тыо отражается линией. Напряжение так же, как и ток, полностью страж рахезе гся поскольку оно равно 21З й Другой крайний случай — э го короткое замык „„ыкание на приемном конце (21 = О).
Напряжение на конце линии все время улю Приходяеций иьепульс напряжения должен быть компенсирован Точно таким же импульсом противоположного знака. Другими словами, импульс напряжения полностью отражается, но с обратным знаком. дналогичнняе условия также соблюдаются и для источника сигнала. Если импеданс источника не равен де то пришедший импульс отражается вновь.
Импульсы, посылаемые по линии с несогласованными конечными импедансами, будут перемещаться туда и обратно с затухающей амплитудой. В цифровых сетях, в которых обычно передаются длинные последовательности импульсов, в случае несогласованности импедансов сигналы будут отражаться и налагаться друг на друга, и приемник не сможет их правильно интерпретировать. Согласование импедансов на концах линии выполняется с помощью специальных оконечных импедансов, которые называются концевыми или терминирующими схемами. Примеры концевых схем для системных шин привелены в разделе 8.2.3 и в разделе 9.5А — для сетей передачи данных. Соединение двух кабелей При соединении двух кабелей с разными характеристическими импеданса"" требуется их тщательное согласование.
Например, если пятидесятиомный ~абель присоединяется к кабелю с импедансом 300 Ом, между ними должна быль в "включена специальная резистивная схема, выполненная таким образом, чтобы т ы трехсотомная линия вместе с резисторами "наблюдалась" со стороны пЯти е ндесятиомнои линии как нагрузка с импедансом в 50 Ом, То же самое условие ол должно соблюдаться и в обратном направлении, т. е. пятидесятиомная линия дол должна "ощущаться" другой линией как нагрузка в 300 Ом (рис. 4.22). "Ис, 4 22.
Согласование импедансов при соединении двух кабелей Глава 4. Вход и выход физических процв се,, В приведенном примере должны быть выбраны величины х! = 0 О|, 22 = 274 Ом и Уз = 55 Ом. Импедансы с|, У, и Уз образуют схему, которая я! только согласует импедансы кабелей, но и уменыпает затухание сигнала. Если по обоим проводам двухпроводной линии текут токи, имеющие одинако, овв! амплитуды, но развернутыс на 180' по фазе, говорят, что линия сбалансиров (Бп(апсе|().
В несбалансированной (ипБа!апсев) цепи ток течет только по одяв„ явя проводу, а другой является "относительной землеи" — проводом с относительзв в! нулевым потенциалом (последнее не исключает того, что по этой линии также прэ, кает ток). В качестве соединительных кабелей используются в основном два типа э||ектР! чески х проводников — витая пара и коакси аль ный кабель. Как показывает назвав!! витая пара (гш|эгеЫ ри|г) состоит из двух изолированных медных проводов, связи вместе. Витая пара является дешевой и простой средой передачи, Широкое распрос ранение витой пары и коаксиального кабеля в телефонных и телевизионных сеш! привело к тому, что эти кабели и их вспомогательные элементы — разъемы и штеки ры -- имеют достаточно низку|о цену.
Электрическая цепь на основе витой пары может быть сбалансированной и е. сбалансированной. Преимущество сбалансированной цепи в том, что она мене чувствительна к внешним возмущениям; наоборот, эта цепь излучает меньш|в энергию, поскольку электромагнитные поля отдельных проводников компенсвр! ют друг друга, так как имеют одинаковую интенсивность, но противоположную г!. лярность. С другой стороны, сбалансированная линия является таковой тол|в тогда, когда она правильно смонтирована и обслуживается. Несбалансировзвв|! витая пара значительно более чувствительна к возмущениям, чем сбалансиров|! ная, но не требует почти никаких усилий для установки и эксплуатации. ЧетыР|!' парный кабель еше менее чувствителен к помехам индуктивного характера (в! раздел 4,5.3).
Коаксиальные кабели (свах сиБ|е) содержат электрический проводник, изочяР' ванный пластиковой оболочкой, которая окружена проводящим плетеным экрзяо яо|~ Благодаря такой геометрии коаксиальный кабель существенно несбалансиро'и Экран заземлен и предотвращает рассеивание энергии с центрального проводив нви то '"' которое на высоких частотах является весьма заметным возмушаюшим фак~~Р ' И наоборот, экран предохраняет центральный проводник от влияния внешних их зи го ни!к мушений.
Коаксиальные кабели различаются по величине их распределенного" данса; обычные значения — 50 Ом (кабель КС-58) и 75 Ом (кабель КО-59). 3на аченэ сто!як коаксиального кабеля обусловлено его широким применением в высокочасто технике и технике связи (раздел 9.3). 4.5.3. Электрические помехи Помехи, возникающие в электрическом проводнике, могут иметь разли чвР| природу. Обычно помехи вызваны одним из следу|оших типов связи мем|ду ия" точником и проводником; ласование и передача сигналов 45 Согла емкостной' уктивной (магнитной).
резистивная (или гальваническая) связь между проводником и источни м п не зависит от частоты возмушаюшего сигнала. Напротив, при емкостной или ду ктивной связи степень влияния зависит от частоты помех — чем выше — частота, тем польше з 'ергии получас"я от источника возмуп|ений. На рактике это означает что электрические цепи, в которых происходят быстрые изменения тока ипил кап или напряже- н, чо у бь|тьболеесерьезнь|миисточникамипомех, емнизкочастот В тные. оооще „„зоря, взаимодействие с источником возмущений редко относится к од с | одному типу, бычно — это комбинация всех трех вышеперечисленных типов. Серье; нь е езные прооле- „, с помехами возникают, когда проводники с маломощными сигналам валами расположе- ны вблизи силовых кабелей, Каждый провод в соединительных цепях да ц пяхдатчикасоораозть|ваюшим электронным устройством является потенциальным ьным приемником электрических помех.