Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 42
Текст из файла (страница 42)
для ТТЛ- схем это соответствует 4,75 — 5,25 В. Если схема нагружена максимально и под действием импульса помехи напряжение питания станет меньше 4,75 В, на выходе этой схемы возможно появление импульса помехи, который приведет к сбою в работе всей логики. Разумеется, такой же сбой может также возник- Глава о нуть и тогда, когда из-за высокого импеданса шины заземления напряжение питания сильно увеличивается нли уменьшается при замыкании и размыкании какого-нибудь переключателя.
Итак, если напряжение питания выходит за допустимые пределы под действием импульсов помех, возникающих на шинах заземления н питания, действующие спецификации на помехоустойчивость и коэффициент разветвления по выходу становятся Рис. 5.3. Переключающая схема с «мягкой» шиной питания. уже неприменимыми, и возникнут проблемы, связанные с оптимальным использованием соответствующей схемы. Основным способом решения этих проблем является развязка напряжения питания переключающей схемы относительно земли вблизи выводов напряжения питания на Р1Р-корпусе (+Па), а также вблизи выводов, соединяющих 11!Р-корпус с логической землей.
На рис. 5.4 соответствующий развязывающий конденсатор обозначен через Сл. Он обеспечивает заряд, требуемый в момент переключения, причем из-за действия самоиндукции этот заряд не поступает на шины заземления и питания. В результате в точке подключения переключателя напряжение питания не изменяется, т. е. импульсы помехи не попадают на вход приемных схем. Развязка Р1Р-корпусов имеет особенно большое значение в тех случаях, когда выходные цепи схем нли буферов выполнены в каскадном варианте (рис. 5.5). 263 Рекомендации по разработке и монтажу логических схем При этом обычно наблюдаются относительно мошные импульсы помех, что вызывается кратковременным коротким замыканием, возннкаюшнм при переключении каскадного выхода.
Такие короткие замыкания возникают из-за того, что транзистор отпирается обычно быстрее, чем запирается. В момент переключения оба выходных транзистора находятся в проводящем (коротко- — — — Пд)уаг с ! 1 ! "г СР ) 1 ! Ея ««Аг Рис. 5.4. Развязка шины питания с помощью конденсатора Сл. Этот конденсатор пе подавляет сигналов помех, возникающих при разрядке паразитвых емкостей сигнальных линий и входной енкости приемника С . Поэтому, а дополнение к развязке шины питания с помощью конденсатора Сл, следует использовать также ши- ну заземления с минимально возможным импедансам.
замкнутом состоянии), что приводит к «подсаживанию» источника питания. На практике шина заземления для логических схем изготавливается как можно более низкоомной. С этой целью на печатной плате размещаются шины шириной )2,5 мм, которые соединяются в нескольких точках между собой, так что в результате образуется решетчатая структура. С этой же целью рекомендуется применять и так называемые земляные петли. В многослойных платах для этой же цели часто резервируется один пз проводящих слоев, при этом одновременно получается экран между сигнальными шинами, которые обычно располагаются на обеих сторонах многослойной печатной платы. Напряжение питания развязывается от логической земли для Глава 5 Рнс. 5,5, Генерация тока короткого замыкания !л на Фронтах импульса при переключении каскадного выхода. Пра палкина Сл ток l наведет нмпульсы помеха каи нл шиве питания, та» и яа шпио ааеемлениа, которые, а снов очередь, могут персилычать е стационарном состояниа другие схемы. каждого 1л1Р-корпуса или для каждых четырех Р1Р-корпусов в зависимости от применяемого семейства логических схем.
Емкость развязывающего конденсатора обычно равна 0,1 мкФ. Эти конденсаторы выпускаются в керамическом исполнении н в разных вариантах (дисковые, монолитные или бескорпусные, занимающие на печатной плате относительно немного места). Рис. 5.6, Частотная зависимость импеданса бумажного конденсатора емкостью Од мкФ. Последовательный резонанс возникает на частоте 2,5 МГц. 05 г' /,1 З йог г,гпаждьт, М'гт 265 Рекомендации ло разработке и монтажу логических схем Каждый керамический конденсатор вместе с выводами образует последовательный колебательный контур, резонансная частота которого зависит от емкости конденсатора и индуктивности проводников. Как следует из рис.
5.6, при резонансе импе- данс этого контура минимален. На рис. 5.6 приведена зависимость импеданса от частоты. При ~)~Р.. реактивное сопротивление контура носит индуктивный характер и растет с увеличением частоты. В таблице, приведенной на рис. 5.7, указаны резонансные частоты некоторых керамических конденсаторов с различными емкостью и длиной выводов. Индуктивность конденсатора, включенного параллельно ИС, не совпадает с соответствующей величиной для авто- Резонансная частота, Мгц Вмкость, пФ длина выводов !З мм длнна выводов б мм 350 200 120 65 32 !О 50 100 500 1000 10000 500 220 150 70 35 12 Рис, 5.7.
Резонансные частоты керамических конденсаторов (последователь- ныя резонанс). и Подразумевается резонанс с тактовым генератором.— Прим. ред. номного конденсатора так же, как и параметры резонанса. Выводы конденсатора необходимо делать как можно более короткими ( 1 мм), т. е. при монтаже конденсатор необходимо располагать непосредственно на поверхности печатной платы. Если, кроме того, использовать отверстия с металлизированными краями, индуктивность будет минимальной, так как соединения с ИС становятся короткими. В крупных цифровых схемах с относительно длинными шинами питания может возникнуть резонанс в контурах, состоящих нз этих шин и развязывающих конденсаторов, если переключение всех схем и импульсное потребление тока во всех схемах происходят одновременно'>.
В результате этого в шинах питания наблюдаются осцилляции, причем положительные отклонения могут вызвать вредные последствия из-за превышения напряжения +Ув„,„, для соответствующих логических схем (например, для ТТЛ-схем 0ам,„, =+7 В). Если в одина- Глава Ю ковой фазе возбуждается большое число схем, в соответствующий контур в резонансе перекачивается достаточно большая энергия, что приводит к выходу схем из строя. Схемы с минимальными предельными значениями параметров выходят из строя первыми, за ними следуют другие, и остается только на. деяться, что на остальные схемы не действует возбуждение в положительной фазе. Такой резонанс в шине питания можно исключить, присоединяя в различных точках шины танталовые конденсаторы каждый емкостью 10 — 100 мкФ.
В связи с этим напомним, что в настоящее время разработаны и широко применяются полосковые шины, представляющие собой пару широких параллельных лент с очень тонким слоем изоляции между ними. Одну ленту можно использовать в качестве шины питания, а другую — в качестве шины заземления. Полосковая шина образует длинную линию с очень низким волновым сопротивлением 2л, которая возбуждается только при больших значениях коэффициента отраженияо, поэтому осцилляции напряжения остаются на безопасном уровне.
Если, кроме того, в различных точках между шинами включить танталовые конденсаторы, величина Л» уменьшается настолько, что отражения уже не приведут к увеличению напряжения питания относительно земли до какого-то опасного уровня. 5.2. Перекрестные помехи между сигнальными линиями Неудачное расположение сигнальных линий может приводить к перекрестным помехам. Эти помехи возникают из-за емкостных и индуктивных связей между линиями, а также через общий участок шины питания и земли. На рис.
5.8 показаны три типа линий связи, в которых возникают нежелательные связи, вызывающие соответствующие перекрестные помехи. Емкостные помехи имеют место в сигнальных линиях, нагруженных устройствами с высоким импедансом, например линия с КМОП-схемамн. Индуктивные перекрестные помехи наиболее значительны в линиях связи, нагруженных устройствами с низким импедансом. В таких линиях токи относительно велики и, следовательно, велики индуктивные поля, которые создают помехи.
В случае перекрестных помех, создаваемых общей линией возврата тока, оба источника помех взаимно связаны через импеданс этой линии. В общем случае помехи максимальны тогда, когда велики производная Ы/1г и импеданс соответствующей линии возврата. Наилучшим способом устранения помех являются разделение общей линии на ряд независимых линий возврата и одно- о другими словами, при большом сопротивлении нагрузки. — Прим. ред. Рекомендояии ло разработке и монтажу логических схем /ФУРКУ Линум Рис. 5.8. Нежелательные перекрестные помехи, вызванные индуктивными (а) и емкостиыми (б) связями, а также сввзью через общую шину возврата (е). временно тесная связь этих линий с соответствующими сигнальными линиями, т. е.
применение скрученных пар. Конечно, скрученные пары можно рекомендовать и в случае сильных емкостных или индуктивных перекрестных помех. Так как в скрученных парах оба провода располагаются рядом, это приводит к взаимной компенсации индуктивных полей прямого Глава о Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
