Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В этом случае вдоль линии можно включать приемники с высокоомными входами. Для ограничения перекрестных помех в параллельных линиях, размещенных в плоских кабелях, достаточно передавать энергию в различные моменты времени. При использовании обратного согласования напряжение в линии достигает конечной величины Ув в два приема. Условия же для подавления перекрестных помех в этом случае более благоприятны, чем при использовании согласованной нагрузки, во всяком случае если на конце сигнальной линии требуется иметь одинаковый перепад логических уровней напряжения. Обратное согласование не искажает фронтов импульсов.
Для минимизации перекрестных помех наиболее эффективным способом было бы возбуждение ликии с помощью источника тока Рекомендации ло разработке и монтажу логических схем 281 с минимально возможной амплитудой импульса. Однако при такой передаче сигналов по линии возникает задержка, которая нежелательна. По существу получается, что при использовании источника тока мы возбуждаем линию импульсами с пологими фронтами. Кроме того, использование источника тока нежелательно из-за ненадежного срабатывания приемников. Из сказанного носил с Н Гтсосоотттуон ппоссоо содепь понстооо Прослоил Усстонобсо нули Рис. 5Л7. Испытательная схема для оценки перекрестных помех в плоском кабеле.
можно сделать вывод, что наиболее эффективная связь осуществляется прн минимальном перепаде логических уровней напряжения. Однако небольшой перепад этих уровней означает в общем случае и небольшую помехоустойчивость, т. е. таким способом мы в действительности добиваемся немногого. Опять мы видим, что наши «уловки» не обеспечивают оптимального решения. Радикальным средством подавления индуктивных и емкостных рассеянных полей является экранировка с помощью дополнительного проводника, который служит обратным про. водом. Другим решением является использование скрученных пар в кабельном исполнении нлн плоского кабеля с медной оплеткой, уложенной вдоль одной из сторон кабеля.
Последний вариант (хотя и дорогой) обеспечивает максимальное подавление помех. Результат будет еще лучше, если оплетку соединить с землей всех передающих и принимающих ИР-корпусов с по- йвй Глава б мощью широкой шины (шириной 1,5 — 2,0 см), расположенной на поверхности печатной платы. Для изучения проблем, связанных с перекрестными помехами, можно использовать испытательную схему, показанную на рис. 5.17. Возбуждаемая линия передачи связана с запускающим входом триггера. Как только амплитуда помехи превысит определенный уровень, триггер опрокидывается.
Отметим, что б с и Ь сь д бб!селии уссбееь $2 Ноедой урпсснь ф ф 4 и П с 4 д б 1й Ух" 1н йб л1липгеньноспть инпупьсо нинели, нс Рис. 8.18. Динамическая помехоустойчивость стандартных ТТЛ-схем. триггер реагирует только на отрицательные импульсы помехи, превышающие определенный порог. При исследовании перекрестных помех в кабелях разных типов, изготовленных различными фирмами, необходимо иметь возможность изменять две величкны: крутизну фронта н амплитуду импульсов помех. С помощью этой схемы можно одновременно исследовать влияние различных способов управления линией на перекрестные помехи и выбрать нужный вариант.
Выше мы уже отмечали, что логический элемент, рассчитанный на управление от идеального запускающего фронта, будет переключаться тем быстрее, чем «жестче» он будет управляться. Все сказанное отражено на графике рис. 5.18 для случая стандартных ТТЛ-схемн. Видно, что, если на вход ТТЛ-элемента подается сигнал длительностью (5 нс с нормальным перепадом логического уровня напряжения, воздействие помехи отсутствует, что является результатом интегрирования запускаю- и На графике показана зависимость минимальной амплитуды помехи, все еще оказывающей воздействие, от длительности импульса помехи.— Прим.
ред. 283 Рекомендойии но разработке и монтожу логических схем щего сигнала на входе схемы. С другой стороны, ТТЛ-схемы очень чувствительны к импульсным помехам с небольшой ши- риной импульсов, если их амплитуда достаточно велика. 5.4. Волновое сопротивление и индуктивность сигнальных линий Если вы хотите заказать кабель фирме-изготовителю, вам потребуется взять из спецификации ряд параметров кабеля, такие, как волновое сопротивление, индуктивность и емкость на единицу длины. Для сигнальных линий, монтируемых на печат- пополлельные шины, роспплп- ленные адно нод Вйуспй пдонпгнпн сигнпньнан сноу 60 45 Яа =, — 1п Ом, й>>д т'е, д 37? Ь Ь утят Ь Шпньппоспилпмснныс редон данг'с Падгпм дплппкп,ппсполпееннон над гпгснлсйнпй пнпскпсюью а4 ййнй 120 яп га= —, рл — Ом, Ь»д Г'е, Ь+д 377 Ь 2 = — — Ом, Ь»й у' е, Диэлектрик Диэлектрик 1 4,7 Полистирол Кремнийорганическая резина Поливинилхлорид Рис.
5.19. Формулы для расчета волновых сопротивлений. Воздух Эпоксидная смола со стеклянным наполни- телем Лакобумага Тефлон Нейлон 3,6 2,1 3,0 3,5 Майл ар Полиуретан Полиэтилен 5,0 7,0 2,3 2,5 3,1 284 Глава 5 ных платах или на обратной стороне плат, такие данные необходимо определять самому схемотехнику. Для решения этой задачи в таблице, показанной на рис. 5.10, приведен ряд формул, которые можно использовать для расчета волнового сопротивления.
Величина 2» для ТТЛ- и маломощных ТТЛШ-схем должна лежать между 100 и 150 Ом. Более высокие значения 2» пе используются из-за возможных перекрестных помех, а более низкие значения 2» — нз-за ограничения управляемости соответствующих ТТЛ-схем. Иннуктненость, нге!см дна метр про- еонннна, мм Сопротивление, мсм/ем 22 мм Е мм 12 мм 0,4 0,51 0,64 О,81 1,0 1,6 2,6 1,36 0,85 0,54 0,34 0,21 0,08 о,оз 8,4 8,О 7,6 6,8 6,4 5,6 4,8 11,2 10,8 10,4 9,6 9,2 8,4 7,6 1О 9,2 8,8 8,4 8,0 6,8 6,0 Рис.
5.20. Индуктивность и оиическое сопротивление круглых проводников, При выводе этих формул предполагалось, что между проводниками всегда располагается диэлектрик, который влияет на 2». Формулы, приведенные на рис. б и в, применимы при расчете Е» для шин, которые располагаются на поверхности печатной платы. В таблице указаны значения относительной диэлектрической постоянной для ряда известных диэлектриков.
Расчет индуктивности прямолинейной линии передачи производится по формуле Ь = 0,002 1п — „(мкГн/см), где й — расстояние до шины заземления в окрестности данного проводника (см) и 㻠— диаметр круглого проводника (см). Обратный ток проходит через шину заземления, поэтому й влияет на величину индуктивности. Чем меньше Ь, тем заметнее эффект обратного тока, уменьшающего эффективную индуктивность. Для двух параллельных проводников, через которые протекают одинаковые токи в противоположных направлениях, индуктивность равна Ь = 0,004 1п — „. (мкГИ/см), где 11 — расстояние между средними точками проводников (см) и г( — их диаметр (см).
Рекомендации ло разработке и монтажу логических схем 286 При увеличении частоты сигнала омическое сопротивление проводника растет за счет скин-эффекта и составляет 1свч = (0,039с( 'Рт1'+ 0,26) ХЯ=, где 1 — частота (Гц), а — диаметр проводника (см), 1с= — сопротивление проводника по постоянному току. Эта формула при йД)10 обеспечивает точность расчета 2%. На рис. 5.20 при- гопо ~ 1ППО ' дпо и гпо й и Яl ь Ъ гп '4~ т'о УО Ю Упо дпп ддп Упе Ягуара, Хоц Рис, 5.2К Волновое сопротивление Лг скрученной пары в зависимости от ча- стоты сигнала.
ведены значения индуктивности и омического сопротивления для ряда круглых проводников различного диаметра, размещаемых на расстоянии б, 12 и 25 мм от заземленной шины. Волновое сопротивление зависит от частоты, как показано на графике, приведенном на рис. 5.21. Здесь указаны данные для волнового сопротивления скрученных пар. Видно, что для частот сигнала выше 50 кГц волновое сопротивление постоянно и равно -130 Ом. 5.5. Подавление отражения в цифровых схемах с помощью скрученных пар Мы уже говорили о том, что в длинных сигнальных линиях, которые не согласованы и не замкнуты надлежащим образом, всегда возникают отраженные волны.
Эти волны можно пода- Глава б тг яыч бг Рис. 5,22. Каскадный выход, нагруженный на сигнальную линию, Диод Шатки используется в качестве ограничителя и располагается в приемном злементе (а). На осциллограмме ~б) каждое деление по горизонтали соответствует 200 нс, а по вертикали 2 В. вить, применяя скрученные пары и увеличивая сопротивление, включенное последовательно в линию передачи со стороны передатчика, если такое включение не искажает логические уровни напряжения или не уменьшает помехоустойчивость. В ТТЛ-схемах последовательное сопротивление особенно сильно влияет на помехоустойчивость для сигналов низкого (Е) 2З7" Рекомендации ло разработке и монтажу логических схем уровня. Из-за того что входной ток 1с.„, протекающий через многоэмиттерный вход приемной схемь* и сопротивление тхв на выход управляющей схемы, находящийся под низким потенциалом, создает на 1г, падение напряжения, на входе приемной схемы увеличивается потенциал.
В результате помехоустойчивость ((1с„„„в — У!,„„, ы„,), в случае ТТЛ-схем равная 0,4 В, уменьшается до (У~~м ывв ((з!вых. вввс+ств) ). Прн напряжении высокого уровня на выходе управляющей схемы вход приемной схемы запирается, при этом падения напряжения на 1г, нет. В маломощных ТТЛШ-схемах последовательное сопротивление для скрученных пар ( - 130 Ом) «встроено» в каскадный выход (рис.
5.22,а). Для положительного логического сигнала последовательное сопротивление формируется за счет )х1 и динамических сопротивлений Р1, Т2 и Т12. Для отрицательного сигнала последовательное сопротивление 1г, равно прямому сопротивлению перехода коллектор — эмиттер транзистора Т1 в режиме насыщения 7"вряы = (7 вых.макс!7 вых макс = 0 5/4' 10 =125 Ом для маломощных ТТЛШ-схем. Эта величина соответствует наихудшему случаю.
На практике это сопротивление составляет -100 Ом. Все сказанное подтверждается осциллограммой, приведенной иа рис. 5.22. Как на положительном, так и иа отрицательном перепадах видна первая ступенька, которая формирует напряжение на входе сигнальной линии и имеет амплитуду, немного превышающую половину разности напряжений у!„„„— ус,„„. Ее наличие обусловлено выбросами и паразитными колебаниями, связанными с отражениями. Эти колебания на высоком уровне напряжения на входе приемной схемы не создают трудностей, так как в случае высокого уровня имеется достаточный запас помехоустойчивости, в то время как для напряжения низкого уровня паразитные колебания подавляются с помощью диода Шотки, подключенного ко входу этой схемы.
В маломощных ТТЛШ-схемах отражение можно подавить, ограничиваясь использованием скрученных пар либо параллельных шин с волновым сопротивлением 130 Ом без последовательно включенных сопротивлений. В стандартных ТТЛ-схемах со стороны передатчика следует включать последовательно с линией сопротивление величиной 27 — 47 Ом. В КМОП-схемах последовательное сопротивление может отсутствовать, если окажется необходимым применение скрученных пар. При этом прежде всего следует заботиться о подавлении перекрестных помех и паводок, так как отражения в КМОП-схемах не играют роли. В ТТЛ- и маломощных ТТЛШ-схемах могут понадобиться скру- Глава о ченные проводники с волновым сопротивлением 130 Ом, если сигнальная линия имеет длину более 50 см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
