Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 44
Текст из файла (страница 44)
5Л2. Изменение напряжения в линии, управляемой от импульсного генератора с внутренним сопротивлением Рп для нарастаюшего фронта импульса. Линия нагружена на выходе на сопротивление гхз,. а — движение волны вполь линии; б — изменение напряжения нв выходе линии. эффициента отражения положительны.
В момент времени го возникает фронт импульса, который создает на входе линии ступеньку напряжения уе,оь равную ц+ ц ~а ~ <е) = ~а Ра + 2 В линии без потерь эта ступенька напряжения появится на выходе линии, где создаст отраженную компоненту с амплитудой рьуе~оь которая вернется на вход и снова отразится, в ре- УлУлУАо)— Узы ызоз' УьОй и~ау Нулеооа даоьень Нагано — г' УхУбУх Но У,У 77,'> Уг ЙаР 77зозй Уг~ га! Рекомендации по разработке и монтажу логических схем 276 Оиерыаый су,й уГ Р,=й М'аеыщыгиеме аегралееиу аегрицаетееее Р= л Хаеизигиииенег агаралееие иаеамитаеееи руеебай уаабеео бегала Каищ Уу ' обык Рис.
5дз. Изменение напряжения в линии, управляемой от импульсного генератора с нулевым внутренним сопротивлением, Для нарастающего фронта импульса выход линии разомкнут. о — двнженне волны вдоль линии; б — изменение напряжения нв выводе линни. зультате чего в начале линии возникнет напряжение У+го>+ +р,и-„,+р,р,ит,., В процессе последовательных отражений напряжение на линни будет увеличиваться вплоть до конечной величины ~'еМ ((К +Л.Н. На рис. 5.13 показана диаграмма напряжений на линии, которая возбуждается на входе при гс,=О Ом и разомкнута на выходе.
В момент времени гв на входе линии появляется полное напряжение генератора Уе, так как ттг=О Ом. Волновой фронт перемещается к разомкнутому концу линии, сопротивление которого бесконечно. В результате происходит Глава б полное отражение энергии волны и напряжение на выходе линии становится равным 2Ул. По истечении времеви т отраженная волна снова достигает начала линии, сопротивление которого равно нулю. Коэффициент отражения ( — Ял)/(И~+Ее) становится равным — 1, поэтому отраженная волна напряжения изменяет полярность и входное напряжение становится равным Ул — рлрлУл (теоретически оно равно нулю).
При отражении волны тока от короткозамкнутого канала линии амплитуда тока увеличивается скачком от 1~„> до 25„, На разомкнутом конце линии эта амплитуда (21,„,>) снова преобразуется в 1~„,ь а амплитуда напряжения отраженной волны становится равной 2У~.,ь Мы предполагаем, что в линии отсутствуют потери, т. е.
при отражении амплитуда волны не уменьшается. В действительности же энергия волны при каждом прохождении линии уменьшается'>, что приводит к снижению амплитуды отраженной волны. На рис. 5.12 и 5.13 показаны случаи, когда реальные потери в линии передачи играют существенную роль. Лля отражения спадающего фронта в начале линии выполняются те же правила, которые применяются в случае нарастающего фронта.
Однако для спадающего фронта процесс отражения носит обратный характер (по сравнению с отражением нарастающего фронта), т. е. после отражения амплитуда напряжения изменяется с высокого уровня на низкий. Оба случая для спадающего фронта — аналогичные тем, которые показаны на рис. 5.!2 и 5.13 для нарастающего фронта — показаны на рис. 5.14 и 5.15 соответственно. Анализируя график изменения напряжения, показанный на рис. 5.15, можно отметить, что напряжение на выходе линии периодически изменяет свою полярность. Коэффициент отражения в начале линии отрицателен, а в конце линии положителен.
При спадающем фронте генерируемого импульса это приводит к отрицательному скачку напряжения отраженной волны на конце линии, а при спадающем волновом фронте в начале линии— к положительному скачку напряжения в конце линии. В случае Р;=0 Ом в начале линии и 1с.=со в конце линии напряжение на выходе линии будет изменяться между величинами — Уи и Ул. Следует отметить, что при отражении передается мощность, которую можно представить в виде произведения УХ1.
Если в начале линии мы имеем тс; или Р,)0 Ом, то амплитуда напряжения будет изменяться между 0 и величиной, равной произведению рв на амплитуду напряжения волны, которая возвращается с конца линии. и Это обусловлено конечной величиной сопротивления линни и изоляции. — Прин. ред. Рекомендации ао разработке и монтажу логических схем 277 кн дмеаеай урабеуь Рг)))о! РеЯЛо) РсР5Рг ЖО! РзРсРгРс )го) сс ))уеебой даайееь Канет) ~+Ц Ув) ))'Рс) о'Ю5Г5с а Рис. б.!4.
Изменение напряжения в линии, управляемой от импульсного гене- ратора с внутренним сопротивлением )7г для спадающего фронта импульса. Если импульсы, поступающие от управляющего генератора, имеют менее крутые фронты, соответствующие ступеньки будут выражены слабее и приобретут более сглаженную форму. Тот факт, что реальная линия передачи отличается от идеальной, приводит, естественно, к несовпадению реальной формы волны с идеальной.
При использовании недорогих линий передачи типа скрученных пар с изоляцией нз поливинилхлорида при нх большой длине ухудшение формы фронта происходит за счет диэлектрических потерь, потерь на излучение и скин-эффекта для высокочастотных компонент импульсного сигнала. Наличие высокочастотных компонент, связанных между собой фазовыми связями, в импульсном сигнале определяет качество пере- Глава о апгн аннмй гепнпй рпеена Нанейпи арппено Нагана пнеа и'ппагагаипенп ппграленан жрпап пенен р= я педппапега ррпягенан пнпиоп)енен Рис.
5.!5. Изменение напряжения в линии, управляемой от импульсного генератора с нулевым внутренним сопротивлением для спадаюпгего фронта вмпульса. даваемого импульса, т. е. крутизну его фронта. Взаимные фазовые связи изменяются из-за того, что времена прохождения различных гармоник через линию передачи неодинаковы. Высокочастотные компоненты сигнала передаются быстрее, чем низкочастотные. Так как ВЧ-компоненты сильно ослабляются за счет потерь в кабеле, то вначале сигнал имеет форму небольшой ступеньки, которая по мере прихода низкочастотных компонент стремится к предельной амплитуде сигнала.
Этот эффект проявляется особенно сильно в длинных линиях связи. В добавление к тому, о чем уже говорилось относительно формы напряжения в начале сигнальной линии как функции % (рис. 5.10), на рис. 5.16 показана взаимная связь сигналов, возникающих в начале и конце этой линии для случая 1т';=Ха. Одновременно на этом же рисунке показано движение соответ- и! !! 3~ и и й Ф и Ю ц 'ф и ~~а о .. о о й о 2 В ф ° о1 а о ! и о И и ж о И и й ж о о д О 280 Глава 8 ствующих волн вдоль линии.
Мы видим, что при В=Ел сигнал на конце линии имеет идеальную форму, свободную от компонентов, связанных с отражениями. По истечении времени т амплитуда сигнала достигает предельного стационарного уровня. Для того чтобы ограничить передаваемую на выход мощность, на практике выбирают линию с разомкнутым выходом. Если незамкнутая линия нагружается на внутреннее сопротивление генератора или последовательно с ней включается сопротивление, равное л,л, этим обеспечивается квазисогласование линии, которое в специальной литературе называется обратным согласованием. Обратное согласование применимо только тогда, когда приемник находится на конце линии.
Если вдоль линии включены несколько приемников, на их входы будут поступать скачки напряжения не полной амплитуды по сравнению с сигналом на входе приемника или вентиля, находящегося на конце линии, а уменьшенной в два раза. Приемники, включенные вдоль линии, могут не сработать или на их входах могут возникнуть осцилляции, так как ступенька с уменьшенной в два раза амплитудой, которую обеспечивает сигнал, может совпасть с линейной областью передаточной характеристики. Использование в сигнальной линии нагрузки с меньшим значением Я; (или Р,) улучшает эту ситуацию, однако при этом в линии возникают прямые и обратные отраженные волны, которых следует избегать.
Если выбрать Р,)Ул, т. е. линия питается от источника тока, выходное напряжение будет приближаться к предельной величине небольшими ступеньками, в результате чего мы получим пологий фронт импульса в линейной области передаточной характеристики приемника. Последняя возможность — это использование согласованных нагрузок, обеспечивающих необходимый режим управления как в начале, так и в конце линии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
